Автоматизация процесса парообразования в котле ДКВР-20-13 на Третьем Березниковском калийном производственном рудоуправлении ОАО Уралкалий

ДИПЛОМ ПЗ.doc

Описание технологического процесса9
Разработка системы оптимального управления паровым котлом13
1Разработка математической модели процесса парообразования13
2Формулировка задачи оптимального управления18
Описание схемы автоматизации23
1Обоснование точек контроля регистрации регулирования и сигнализации23
2Обоснование выбранной системы (систем) средств автоматизации26
3Описание локальных контуров регулирования29
Обоснование контура регулирования подлежащего расчету34
Проведение эксперимента36
1Подготовка и проведение эксперимента36
2Снятие кривой разгона по основному каналу39
3Снятие кривой разгона по внутреннему каналу43
4Снятие кривой разгона по каналу возмущения44
Обработка экспериментальных данных45
1Обработка кривой разгона основного канала46
2Обработка кривой разгона внутреннего канала51
3Обработка кривой разгона внешнего возмущения53
Расчет схемы регулирования59
1Расчет одноконтурной системы регулирования59
2Расчет каскадной системы регулирования60
3Расчет комбинированной системы регулирования66
Моделирование рассчитанной системы регулирования69
1Переходные процессы в одноконтурной системе регулирования69
2Переходные процессы во внутреннем контуре каскадной системы регулирования72
3Переходные процессы в каскадной системе регулирования76
4Переходные процессы по возмущению в комбинированной системе регулирования без компенсирующего устройства и с компенсирующим устройством80
Анализ качества переходных процессов и выбор системы регулирования83
Реализация рассчитанной системы регулирования89
1Описание рассчитанной системы управления89
2Программная реализация каскадно-комбинированной САР96
3Описание схемы сигнализации и блокировок98
Монтаж средств автоматизации104
Расчет регулирующего органа поз. 29в на подаче питательной воды в котел112
Разработка системы плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерацией отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды117
1Постановка проблемы117
2Способ решения проблемы118
3Имитационное моделирование на основе сетей Петри125
Надежность средств автоматики129
Охрана труда и безопасность жизнедеятельности132
1Охрана труда в РФ132
2Свойства используемых и получаемых веществ134
3Классификация производства136
4Мероприятия по технике безопасности138
5Санитарно-технические мероприятия141
6Пожарная безопасность142
7Расчет предохранительного клапана на пару котла ДКВР 20-13143
Экономическая часть149
2Анализ действующего производства150
4Экономические расчеты и обоснования по проекту156
5Расчет численности персонала и расходов на оплату труда158
6Расчет калькуляции себестоимости пара164
7Сравнительный анализ себестоимости пара168
8Анализ и оценка изменения себестоимости производства пара по технико-экономическим факторам169
9Расчет основных экономических показателей производства172
Список литературы182
Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой в дипломной работе темы.
В первом и втором разделах дается краткое описание оборудования и технологии ведения процесса парообразования производится моделирование и расчет системы оптимального управления. В разделе оптимального управления разработана система оптимального управления паровым котлом. По критерию удельный расход попутного газа на 1 Дж тепла передаваемого потребителю. Оперативно определяются оптимальные значения расхода попутного газа и воды являющиеся заданиями в контуры их стабилизации на нижнем уровне.
В третьем и четвертом представлена информационная модель приводится обоснование параметров подлежащих контролю регулированию и сигнализации обосновываются решения по автоматизации выбираются средства автоматизации так же производится обоснование контура регулирования подлежащего расчету и переход к структурной схеме для расчета.
В пятом шестом и седьмом разделах проводится снятие экспериментальных кривых разгона по основному внутреннему и возмущающему каналам и их обработка. Производится аппроксимация кривых разгона и определяются передаточные функции. Переходные процессы моделируются в пакете «MATLAB». Подбираются оптимальные настройки регулятора в программе «Калькулятор передаточных функций» и определяется наилучшая АСР.
В девятом разделе производится анализ качества переходных процессов полученных в предыдущем разделе.
В десятом разделе рассмотрена реализация каскадно-комбинированной АСР на микропроцессорном контроллере SIMATIC S7-300 и описывается сигнализация для данного процесса.
В одиннадцатом разделе описывается монтаж средств автоматизации.
В двенадцатом разделе приводится расчет регулирующего органа и его выбор.
В тринадцатом разделе дипломного проекта разрабатывается система плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерацией отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды.
В четырнадцатом разделе производится расчет надежности каскадной системы автоматического регулирования (управления) уровня в барабане котла.
В пятнадцатом разделе рассмотрены основные направления государственной политики в области охраны труда мероприятия по ТБ и произведен расчет предохранительного клапана на пару котла ДКВР 20-13.
В шестнадцатом разделе рассчитывается экономический эффект и срок окупаемости проекта.
В заключении дается краткое описание проделанной работы и ее результаты.
На химических предприятиях автоматизации уделяется особое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов чувствительностью их к нарушению режима вредностью условий работы взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ и т.д. В сложных технологических процессах отклонение параметра от нормы может привести к авариям взрывам пожарам порчи большого количества сырья.
Автоматизация в настоящее время развивается особенно динамично она проникает во все сферы человеческой деятельности и характеризуется широким внедрением вычислительной техники открывающим путь к резкому повышению производительности труда.
Автоматизация приводит к повышению основных показателей эффективности производства: увеличению количества повышению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции сокращение брака и отходов уменьшает затраты сырья и энергии обеспечивает уменьшение численности основных рабочих снижение капитальных затрат на строительство зданий удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.
Проведение некоторых современных технических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (процессы осуществляемые на атомных установках в паровых котлах высокого давления и другие). При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьёзным последствиям.
Комплексная автоматизация процессов (аппаратов) химической технологии предполагает не только автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств (контроля регулирования сигнализации) но и автоматическое управление пуском и остановкой аппаратов для ремонтных работ и в критических ситуациях.
Автоматизация это высший этап машинного производства когда человек частично или полностью освобождается от выполнения операций регулирования и управления.
Описание технологического процесса
Современная котельная установка представляет собой сложное техническое сооружение. Она состоит из котельного агрегата ДКВР-20-13 и котельного вспомогательного оборудования. Продукцией котельного цеха является насыщенный водяной пар требуемых параметров используемый на технологические нужды.
В состав котельного агрегата входят: паровой котёл топка водяной экономайзер обмуровка а также арматура.
Котёл типа ДКВР-20-13 представляет собой вертикально-водотрубный двухбарабанный паровой котёл с естественной циркуляцией. Котёл имеет два одинаковых по длине и диаметру барабана. Топочная камера полностью экранирована трубами. Для повышения экономичности работы котёл снабжают чугунным водяным экономайзером который позволяет снизить температуру уходящих газов.
К вспомогательному котельному оборудованию относятся тягодутьевые и питательные устройства оборудование водоподготовки топливоподачи системы шлакозолоудаления и золоулавливания а также контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации.
В качестве основного топлива на производстве используется попутный нефтяной газ в качестве резервного топлива мазут.
Ниже на рисунке 1.1 приведена структура производства пара.
Рисунок 1.1 – Структура производства пара
Насыщенный водяной пар используется на технологические нужды других основных цехов горячая хозяйственно-питьевая вода поступает в систему хозяйственно-питьевого водоснабжения и используется на хозяйственно-бытовые нужды. Характеристики основного сырья и энергоресурсов приведены ниже в таблице 1.1.
Характеристики основного сырья и энергоресурсов
Общая жесткость мг·эквдм3
Щелочность общая мг·эквдм3
Катионит марки КУ2-8 ГОСТ 20298-74
Топливо нефтяное мазут ГОСТ 10585-99 Марка 100
Вязкость кинематическая сСт при 80 °С не более
Температура вспышки в открытом тигле °С не более
Массовая доля механических примесей % не более
Массовая доля воды % не более
Теплота сгорания (низшая) в пересчете на сухое топливо кДжкг не менее
Попутный нефтяной газ
Теплота сгорания низшая МДжм3 (ккалм3) при 20°С и 101325 кПа не менее
Область значений числа Воббе (низшего) МДжм3 (ккалм3)
Объемная доля кислорода % не более
Масса механических примесей в 1 м3 не более
Продукцией паровой котельной является насыщенный водяной пар и горячая хозяйственно-питьевая вода характеристики которой приведены в таблице 1.2.
Характеристики продукции
Насыщенный водяной пар
Температура °С не более
Давление МПа не более
Горячая хозяйственно-питьевая вода
Процесс получения пара протекает в следующем порядке. Центробежными насосами питательная вода непрерывно подается в барабан котла. Ее давление составляет 14 кгссм2 это выше чем давления вырабатываемого пара. Прежде чем попасть в барабан котла питательная вода с расходом 15-25 тч в зависимости от нагрузки проходит через экономайзер позиция 3 подогреваясь до температуры примерно на 40 °С ниже чем температура насыщенного пара в котле примерно 190 °С. Барабан котла позиция 6 служит распределителем котловой воды и сборником образующего пара. С помощью опускных труб вода из барабана поступает в нижние коллекторы (сборники или распределители) к которым присоединяются трубы экранов вертикально установленные по внутренним стенкам топочной камеры. Другим концом экранные трубы присоединяются к барабану котла. Как говорилось экранные трубы представляют поверхность нагрева котла и предназначены для получения пара кроме того они защищают стенки топочной камеры от температуры. В результате радиационного (лучевого) нагрева экранных труб находящаяся в них вода закипает образовавшиеся пузырьки пара стремятся вверх увлекая за собой еще не вскипевшую воду. По направлению к барабану котла в трубах экрана образуется поток пароводяной смеси. Так как гидростатическое давление пароводяной смеси (эмульсии) в экранных трубах меньше чем вес столба воды в опускных трубах то в замкнутой гидравлической системе (барабан котла — опускные трубы — нижние коллекторы — экранные трубы — барабан котла) образуется устойчивое движение (естественная циркуляция).
Продукты сгорания сначала охлаждаются в топочной камере котла ДКВР 20-13 позиция 5 отдавая тепло радиационным способом экранным трубам затем охлаждаются за счет конвекции проходя через экономайзер позиции 3. Дымовые газы (продукты сгорания) из топки с температурой 360°С и разряжением -094 кПа отсасываются дымососом позиция 4 проходят через водяной экономайзер позиции 3 на выходе температура устанавливается 200 °С выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Для обеспечения нормального режима горения топлива в топку вентилятором позиция 1 подается воздух.
Таким образом в топку котла подаются топливо с температурой +5 °С с расходом 1500 нм3ч давлением газа до заслонки 38 кПа давление газа после заслонки 37 кПа и давление воздуха 19 кПа. В барабан котла подается питательная вода а отбирается водяной насыщенный пар расход которого составляет 10-20 тч. Регулирование процессов горения и питания паровых котлов сводится к управлению подачей топлива воздуха тяги и воды. Способ регулирования процесса горения определяется в первую очередь способом сжигания топлива и конструкцией топочного устройства.
Подача воды в барабан котла регулируется таким образом чтобы уровень воды в барабане оставался на уровне 0 мм. то есть уровень воды держался середины барабана. Таким образом парообразование получается максимальным что повышает производительность котла.[45]
Разработка системы оптимального управления паровым котлом
В данном разделе составляется математическое описание процесса процесса парообразования в котле ДКВР-20-13 с реализацией в пакете Mathcad 2000. Производится расчет системы оптимального управления процессом парообразования.
1Разработка математической модели процесса парообразования
В большей мере на весь процесс парообразования будет влиять Т С пламени подаваемого на экран состоящий из блока труб. Регулируя расход газа изменяем давление пара в барабане котла за счет изменения соотношение расхода газ-воздух из за чего происходит изменение температуры пламени следствием чего является изменение температуры воды в котле и температура пара а так же давление пара. Давление пара может изменяться ещё из-за потребительских нужд. Температура окружающей среды не может быть принята в качестве возмущения так как сам котлоагрегат находится в помещении (температура колеблется +15 С ÷ 35 С).
В качестве исходных данных при построении математической модели приняты лишь формулы без численных значений т.к. недостаточно информации по конструкции аппарата и пр.
Задачей оптимального управления является получение на выходе из котла перегретого пара необходимого качества при минимальном расходе топлива. Наиболее важным показателем процесса получения пара является энтальпия пара на выходе из котлоагрегата:
Рассмотрим информационную модель объекта:
Рисунок 2.1 - Информационная модель объекта
Входные управляющие и возмущающие воздействия влияют как на выходной параметр – так и друг на друга. Чтобы определить эти связи а так же конкретные технологические параметры оказывающие влияния на выходную величину необходимо составить математическую модель парогенератора. Для составления модели запишем уравнения процессов протекающих в паровом котле и сведем полученные данные в блок схему.
Данный технологический процесс в котле будет представлен в виде упрощенной модели так как она будет полностью отражать протекания процесса. Как уже было сказано выше к количественному параметру относится нагрузка котла которая может меняться в широких пределах в зависимости от графика нагрузок потребителей. Мы пришли к выводу что к качественным параметрам относятся уровень в барабане L давление пара Р и температура перегретого пара Т. В барабане котла происходит предварительный нагрев жидкости до температуры Т2 тепловым потоком Ф1. Надо заметить что коллекторы экранов котла представляют вторую емкость нагрева которая нагревается тепловым потоком Ф2 и кипит при температуре Т3 и давлении пара Р. К известным нам граничным условиям можно добавить:
объем в барабане V1
объем экранных труб V2
температуру входящих потоков Твх .
В условной первой емкости уровень воды в барабане постоянный а значит V1=const.
Упрощенный материальный баланс первой емкости можно представить в виде:
F2 – расход пара из котла.
Уравнение теплового баланса имеет следующий вид:
[скорость накопления тепла в емкости]=[приход тепла]+[приход тепла с тепловым потоком]-[отвод тепла].
с-теплоемкость жидкости;
р –плотность жидкости.
Из уравнения теплового баланса можно определить температуру Т2.
Уравнение материального баланса жидкой фазы для условной второй емкости:
Из этого уравнения можно определить V2.
Материальный баланс паровой фазы :
m1 – поток пара проходящий через выходной вентиль.
Из уравнения материального баланса паровой фазы определим массу М.
Поскольку предполагается что жидкостью и паром все время существует равновесие при построении модели не нужно уравнение теплового баланса пара. Температуру пара принимаем равной температуре жидкости в барабане.
Тепловой баланс жидкой фазы :
[изменение теплосодержание]=[входящее тепло]+[поток тепла]-[теплосодержание паровой фазы].
коэффициента трения – λ – трение пара о стенки трубопровода на выходе из барабана
Из данного уравнения можно определить поток пара .
Давление в паровом пространстве можно найти из закона газового состояния:
Объем занимаемым паром VГ находим
V0 – полный объем емкости.
Температуру кипящей жидкости найдем из соотношения выражающего связь между давлением и температурой кипения:
Поток пара проходящий через вентиль определяется из выражения:
Тепловые потоки Ф1 и Ф2 определяются:
где - коэффициент теплоотдачи через стенку - площадь нагрева.
Для отчетливого представления связей между составленными уравнениями математической модели составлена блок-схема показанная на рис. 2.2.
Рисунок 2.2 - Блок – схема уравнений математической модели котла
Программная реализация выполнена в пакете Mathcad 2000
Рисунок 2.3 - Моделирование процесса парообразования в котле
В результате реализации математической модели при помощи пакета Mathcad 2000 мы получили зависимости изображенные на рис. 2.3. На данных графиках мы наблюдаем при увеличение объема воды в барабане котла (график 1) происходит плавное уменьшение температуры воды (график 2) до температуры подаваемой в котел и уменьшение давления пара (график 3). [109]
2 Формулировка задачи оптимального управления
Критерий оптимальности - это выходная величина значение которой является количественной оценкой процесса при выборе оптимальных параметров его состояния.
Основной задачей оптимального управления является поиск параметров процесса при которых будет наименьшей удельный расход попутного газа на 1 Дж тепла передаваемого потребителю что приводит к снижению себестоимости продукта.
Наложение ограничений
Важная особенность задач оптимизации – наличие ограничений.
Ограничение по количеству:
Выпуск пара не должен быть ниже значения запрашиваемого потребителем в данном случае обогатительной фабрикой. Поскольку снижение количества выпущенного пара повлечет за собой снижение мощностей основного производства где пар используется как основной теплоноситель и применяется для поддержания определенной температуры. Выпуск пара в большем количестве также не желателен поскольку излишки не будут участвовать в производственном процессе и предприятие понесет убытки.
Ограничения по технологическим условиям:
Эти ограничения связаны с условиями производства. Для данного процесса можно наложить ограничения по расходу газа в топку по расходу воды в барабан и давлению пара на выходе из котла.
Расход газа нельзя увеличить до величины превышающей мощность работы вентилятора так как без поддержания оптимального соотношения «газ-воздух» процесс нормального горения нарушается либо вообще прекращается. То же происходит и при уменьшении расхода газа ниже допустимых пределов.
Расход воды нельзя увеличивать настолько чтобы был нарушен материальный баланс котла. При нарушении этого изменяется такой показатель как уровень воды в барабане котла. Рост уровня влечет за собой снижение скорости парообразования а следовательно и снижение КПД парогенератора. Сильное изменение уровня может также повлечь за собой выход из строя определенных частей котла.
Давление пара не должно превышать давления предусмотренного заводом-изготовителем парового котла и не должно быть ниже значения определяемого потребителем.
Таким образом решение задачи оптимального управления заключается в нахождении экстремума функции четырех переменных. Задачи нахождения экстремума функции нескольких переменных решаются с помощью вычислительной техники.
В результате решения задачи оптимального управления мы получили следующие зависимости.
На первом этапе получаем зависимость изменения расхода пара с котла при изменение расхода топлива. Полученные данные сведем в таблицу 2.1.
Зависимость изменения расхода пара с котла при изменение расхода топлива
По данным таблицы 2.1 строим графики изменения параметров процесса при изменении расхода топлива.
Рисунок 2.4 – Зависимость расхода пара от расхода газа
При увеличении расхода газа паропроизводительность котла увеличивается так как энергия тепла передается экранным трубам в которых происходит усиленное вскипание воды что приводит к увеличению выделения молекул пара. Соответственно при снижении расхода газа уменьшается производительность пара.
На втором этапе получаем зависимость изменения расхода пара с котла при изменение расхода воды. Полученные данные сведем в таблицу 2.2.
Зависимость изменения расхода пара с котла при изменение расхода воды
По данным таблицы 2.2 строим графики изменения параметров процесса при изменении расхода воды.
Рисунок 2.5 – Изменение расхода пара при изменении расхода воды
Если расход газа оставить неизменным но при этом увеличивать расход воды то расход пара будет снижаться рис.2.5 ввиду нехватки тепловой энергии для производства пара того же объема. Это связано с тем что объем воды в барабане котла увеличивается и для его нагрева необходимо больше тепловой энергии. Это видно из третей ситуации где мы получаем зависимость изменения расхода пара с котла при изменение уровня в барабане котла. Полученные данные сведем в таблицу 2.3.
Зависимость изменения расхода пара с котла при изменение уровня в барабане котла
По данным таблицы 2.3 строим графики изменения расхода пара с котла при изменение уровня в барабане котла.
Рисунок 2.6 – Изменение расхода пара при изменении уровня воды
Из графиков видно что для увеличения расхода пара необходимо подводить больше тепловой энергии значит увеличивать подачу энергоресурсов в виде попутного газа. При номинальной паропроизводительости котла 55 кгс необходимо затрачивать 034 м3с газа и 81 кгс воды. При этом уровень воды в барабане котла будет средним что соответствует его рабочему состоянию.
В разделе решена задача оптимизации процесса производства пара. Произведено математическое описание процесса и выбран критерий оптимальности характеризующий эффективность проведения процесса при минимальных затратах.
Нахождение значений при которых энтальпия пара будет максимальная удельный расход газа на единицу пара будет минимальным и минимальными будут приведённые затраты на попутный газ питательную воду позволит вести процесс в оптимальном температурном режиме для оптимального теплосодержании перегретого пара на выходе из котлоагрегата при различных нагрузках. Это позволит улучшить процесс горения уменьшая выброс вредных газов от отработанного топлива в атмосферу. Так же это позволит снизить расходные нормы газа на производство оптимального количества пара что приведёт к уменьшению себестоимости пара.
На основании выше проведенных исследований можно сделать вывод что внедрение качественной автоматической системы оптимального управления процессом позволит получить реальный экономический эффект. [810]
Описание схемы автоматизации
1Обоснование точек контроля регистрации регулирования и сигнализации
Котельные агрегаты типа ДКВР предназначены для получения пара для производственных целей отопления и горячего водоснабжения. Получение пара из воды происходит при следующих физических процессах:
а) подогрева воды до температуры кипения;
б) кипение воды когда жидкая фаза переходит в насыщенный пар.
Необходимое для этого тепло выделяется при сгорании топлива в топочной камере. Передача тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева происходит в результате всех видов теплообмена: радиационного конвективного и теплопроводности.
Параметры контроля автоматического регулирования сигнализации и блокировок выбираются согласно СНиП II-35-76 “Котельные установки” раздел 15 «Автоматизация».
а 2а 2б – температура газа расход газа поступающий в котел необходимо контролировать для учета расхода газа и анализа работы парогенератора.
а 5а – давление газа перед заслонкой давление газа после заслонки контролируем для того чтобы судить о наличии давления газа в трубопроводе а так же участвует в программе опрессовки газопровода перед запуском котла.
а – давление пара в барабане котла необходимо контролировать с целью избегания превышения выше нормы.
а – температура мазута необходимо контролировать поскольку мазут становится не транспортабельным по трубопроводам подачи мазута к котлу при температуре ниже 90 градусов Цельсия.
а – расход мазута на котел необходимо знать и анализировать сколько энергоносителя расходуется при производстве определенного количества пара.
а 12а – температура подшипников вентилятора необходимо контролировать с целью не допущения их перегрева и выхода из строя вентилятора.
а – давление воздуха перед горелками контроль необходим для поддержания оптимального горения пламени без отрывов.
а – разряжение в топке котла необходимо для поддержания оптимальной тяги дымососа.
а – температура уходящих газов до экономайзера необходимо контролировать с целью не перегреть экономайзер горячими топочными газами.
а – разряжение дымовых газов до экономайзера контролируется с целью оптимальной тяги дымовых газов.
а – разряжение дымовых газов после экономайзера контролируется с целью потери разряжения которое расходуется на перегородки экономайзера в виде труб и обогрев питательной воды.
а – температура дымовых газов перед дымососом контролируется перед дымососом.
а 21а – температура подшипников дымососа необходимо контролировать с целью не допущения их перегрева и выхода из строя дымососа.
а – температура дымовых газов после дымососа контролируется с целью не допущения парникового эффекта.
а – давление воды перед экономайзером контролируется для обеспечения целостности трубопроводов подачи воды.
а – температура воды перед экономайзером целью контроля является подача воды оптимальной температуры чтобы она не перегрелась и не догрелась в экономайзере.
а – температура воды после экономайзера контроль ведется с целью непосредственно какой температуры подается вода в барабан и как она нагрелась в экономайзере.
а – расход пара от котла необходимо контролировать с целью паропроизводительности котлоагрегата и материального баланса «приход воды – расход пара»
а – давление пара на выходе их котла цель контроля – недопущение порыва паропровода при повышении давления.
а – температура пара на выходе контролируется с целью выпуска пара заданной температуры.
а 31а – уровень воды в барабане котла один из важнейших параметров от которого зависит паропроизводительность котла. Для более точного контроля используется 2 датчика.
а – расход воды в барабан котла необходимо контролировать для того чтобы соотносить расход воды в котел и выход пара с котла.
а – давление газа после заслонки сигнализирует о превышении или понижении давлении газа с целью предотвращения погасания факела горелки.
а – давление мазута на котел сигнализация верхнего предела давления с целью сохранения оборудования и предотвращение розлива мазута.
а 12а – сигнализация температуры подшипников вентилятора с целью предотвращения перегрева и разрушения подшипников и вала дымососа.
а – разряжение в топке котла уменьшение разряжение в котле сильно влияет на горение факела и может вызвать его полное погасание и останов котла.
а 21а - сигнализация температуры подшипников дымососа с целью предотвращения перегрева и разрушения подшипников и вала дымососа.
а – давление воздуха на горение понижение вызывает погасание факела повышение вызывает отрыв пламени и наполнение топки газом что впоследствии может вызвать взрыв.
Точки регулирования:
в 4д – регулирование давления газа или мазута соответственно с целью поддержания заданного давления пара в барабане котла.
в – регулирование давления воздуха с целью поддержания оптимального горения газа в топке.
в – регулирование разряжения в топке избыточное давление в топке приводит к выбиванию газов и пламени из топки в помещение котельной. С увеличением же разрежения в топке резко возрастают присосы воздуха снижающие экономичность работы котла за счет потерь с уходящими газами и увеличение расхода электроэнергии на тягу.
в – регулирование уровня воды в барабане котла с целью повышения паропроизводительности котла.
Блокировка оборудования.
Для паровых котлов предназначенных для сжигания газообразного или жидкого топлива независимо от давления пара и производительности следует предусматривать устройства автоматически прекращающие подачу топлива к горелкам при:
а) повышении или понижении давления газообразного топлива перед горелками;
б) понижении давления жидкого топлива перед горелками кроме котлов оборудованных ротационными горелками;
в) уменьшении разрежения в топке;
г) понижение давления воздуха перед горелками для котлов оборудованных горелками с принудительной подачей воздуха;
д) погасании факелов горелок отключение которых при работе котла не допускается;
е) повышении или понижении уровня воды в барабане;
ж) неисправности цепей защиты включая исчезновение напряжения.
Далее заносим все вышеперечисленные параметры сводную таблицу 3.1:
Где: - I – индикация;
С –автоматическое регулирование;
Технологический параметр
Температура газа на котел
Расход газа на котел
Давление газа перед заслонкой давление газа после заслонки
Давление пара в барабане котла
Расход мазута на котел
Температура подшипников вентилятора
Давление воздуха перед горелками
Разряжение в топке котла
Температура уходящих газов до экономайзера
Разряжение дымовых газов до экономайзера
Разряжение дымовых газов после экономайзера
Температура дымовых газов перед дымососом
Температура подшипников дымососа
Температура дымовых газов после дымососа
Давление воды перед экономайзером
Температура воды перед и после экономайзера
Расход пара от котла
Давление пара на выходе их котла
Температура пара на выходе
Уровень воды в барабане котла
Расход воды в барабан котла
2Обоснование выбранной системы (систем) средств автоматизации
Выбор датчиков измерения технологических параметров определяется физической природой параметра диапазоном измерения требуемой точности измерения (классом точности) параметрами окружающей среды требуемыми выходными сигналами (унифицированныйнеунифицированный аналоговыйцифровой) стоимостью и т.п. При этом анализируются технические характеристики и возможности всего ряда датчиков пригодных для измерения той или иной величины.
Основными контролируемыми параметрами в процессе производства пара является температура. Для измерения температуры применяются платиновые термометры так как обладают более высокой точностью широким диапазоном измерения. Для передачи информации необходима дополнительные преобразователи и дополнительная электрическая энергия. Такие приборы относятся к электрической ветви ГСП. Электрические приборы обладают высокой чувствительностью точностью регулирования обеспечивают дальность связи и большую емкость каналов передачи информации. Поэтому в дальнейшем будем строить систему автоматизации в русле электрической ветви ГСП.
Первичным преобразователем температуры измеряемых сред на позициях 1а 9а 11а 12а 16а 19а 20а 21а 22а24а 25а 28а является термопреобразователь платиновый ТПТ-1-3100П. Обладает высокой точностью измерения широким диапазоном измеряемых температур. Применяется без встроенного преобразователя сопротивления типа «таблекта» так как цех является «горячим» и преобразователь не выдерживает зачастую такой тепловой нагрузки и выходит из строя.
В качестве преобразователя сопротивления и термоЭДС на позициях 1б 9б 11б 12б 16б 19б 20б 21б 22б24б 25б 28б применяется измерительный преобразователь модульный ИПМ 0399М0 фирмы «Элемер». Отличается не большими размера устанавливается на DIN-рейку большой выбор первичных преобразователей температуры напряжения тока. Перенастраивается с помощью ПК на любой диапазон входных температур. На выходе имеет сигнал по току и напряжению. Может быть использован на любую из выше перечисленных позиций имеет хорошую унификацию и взаимозаменяемость.
б – преобразователь перепада давления Rosemount 3051 CD фирмы “Emerson”. Применяется на позиции измерения расхода газа. Отличается высокой точностью измерения простотой монтажа и эксплуатации. В наличии имеется HART-протокол который позволяет дистанционно обслуживать датчик перенастраивать диапазон входного перепада выходной сигнал. Отличительной особенностью является работа в 5% диапазоне от диапазона ячейки без потери точности измерения. То есть если ячейка имеет диапазон 62 кПа и точность 01% мы перенастраиваем на нужный нам входной диапазон 031 кПа точность так же останется на уровне 01%.
Для измерения давления газа до и после заслонки поз. 3а и 5а применяется датчик давления Vegabar 52 немецкой фирмы “Vega”. Отличительной особенность данных датчиков является их относительно не высокая стоимость качество применяемых материалов отличные эксплуатационные характеристики и достаточно высокий класс точности на выбор пользователя 0075; 01; 02. При эксплуатации датчиков в слабоосвещаемых помещениях имеется подсветка дисплея которая включается или отключается по желанию. Так же имеется HART-протокол для настройки датчиков дистанционно.
Для измерения давления пара в барабане котла поз.4а давления мазута поз. 5б давления воды поз. 22а давление пара от котла поз. 26а применяется датчик давления Vegabar 17. Датчик имеет не большие размеры широкий диапазон измерения давления до 600 bar. В исполнении с мембраной заподлицо прибор может применятся без разделительных сосудов.
Для измерения расхода мазута поз. 9а применяется массовый расходомер Optimass 7300 фирмы “Krohne”. Расходомер является прямотрубным что уменьшает его габариты. В комплекте поставки имеет подробную инструкцию по монтажу и эксплуатации на русском языке. Имеет 2 аналоговых выхода импульсный выход протокол HART. Для удобства настройки и эксплуатации прибор имеет подсветку дисплея.
При измерении разряжения дымовых газов до и после экономайзера поз.16а и 17а соответственно давление воздуха перед горелками поз.12а используются датчики Vegabar 52.
Измерение расхода воды на котел поз.29а и расхода пара от котла 25аб производится вихревыми расходомерами Rosemount 8800D. Данный тип расходомеров имеет высокие эксплуатационные характеристики. Высокую точность 05% надежность. Возможна замена вышедшего из строя чувствительного элемента – сенсора без снятия корпуса расходомера и остановки измеряемой среды. В виду того что трубопровод пара очень горячий порядка 180°C а электроника часто не выдерживает таких тепловых нагрузок расходомер имеет разнесенную конструкцию то есть чувствительный элемент на трубопроводе преобразователь устанавливается рядом в более прохладном месте между собой они соединяются специальным коаксиальным кабелем из комплекта поставки.
Для измерения разряжения в топке котла поз.13а применятся датчик перепада давления Rosemount 3051CD. Имеет хорошие характеристики на маленькие разряжения и напоры. Точность составляет 02%.
В качестве приборов для сигнализации параметров таких как давление газа после заслонки поз.6а разряжение в топке котла 14а давление воздуха перед горелками поз.35а используются приборы контроля цифровые ПКЦ-1105. Эти приборы устанавливаются на щите розжига возле котла. Приборы имеют цифровую индикацию 2 релейных выхода токовый выход. Приборы перепрограммируются на любой диапазон внутри основного. В сравнении со шкальными приборами НМП52 и ТнМП 52 имеют достаточно высокий класс точности 05.
Для контроля наличия пламени поз. 32аб 33аб 34аб используются датчики контроля пламени ДМС-100. Оптический датчик-реле контроля пламени ДМС-100 предназначен для селективного контроля и индикации отсутствия или наличия пламени в жидкотопливных горелочных устройствах; обеспечивает выдачу сигнала для систем автоматики. Вторичный преобразователь ДМС-100 устанавливается на щите розжига.
3Описание локальных контуров регулирования
Рассматриваемая система автоматизации одной из основной задачи которой является ведение оптимального технологического процесса и получение конечного продукта с заданными параметрами и характеристиками. Конечным продуктом является насыщенный водяной пар. Для решения задач по автоматизации по выпуску пара применяются технические средства которые четко контролируют процесс производства продукта и оптимально регулируют его. Для этого используются несколько контуров регулирования:
- регулирование разрежения;
- регулирование соотношения «топливо-воздух»;
- регулирование уровня в барабане;
- регулирование давления в барабане.
Регулятор разряжения в топке котла.
Назначение — полное удаление продуктов сгорания независимо от величины нагрузки котла. Этого можно достичь при соответствии производительности дымососа в каждый момент производительности вентилятора и количеству топлива. Показателем такого соответствия является разрежение в топочной камере котла.
Избыточное давление в топке приводит к выбиванию газов и пламени из топки в помещение котельной. С увеличением же разрежения в топке резко возрастают присосы воздуха снижающие экономичность работы котла за счет потерь с уходящими газами и увеличение расхода электроэнергии на тягу.
На регулятор разрежения возлагается задача поддержания постоянного разрежения — 30 Па (—3 мм вод. ст). с высокой точностью ±5 Па (±05 мм вод. ст.). Конкретная величина разрежения зависит от конструкции топки и места отбора импульса. Дело в том что в различных по высоте зонах топки разрежение неодинаково. Согласно заводской инструкции на котлы ДКВР место отбора разрежения в топке должно быть на боковой стенке топки располагающейся дальше от выходного окна и находится на расстоянии 13 ширины стенки от задней стены топки и 13 высоты боковой стены от потолка топки.
Основное требование к регулятору — максимально возможное быстродействие так как топка как объект регулирования разрежения практически безынерционна.
При увеличении количества воздуха подаваемого в топку разрежение в топке уменьшится одновременно снижается поступление воздуха через неплотности обмуровки. Это говорит о значительном самовыравнивании топки как объекта регулирования разрежения.
Из сказанного следует что регулятор не должен иметь остаточной неравномерности и может быть простым по закону регулирования. Сигнал разрежения подается из топки на преобразователь разряжения где преобразуется в электросигнал и поступает на вход усилителя где сравнивается с электросигналом задатчика Зд. Если действительная величина разрежения X равна заданной Х0 то отклонение рассогласование ΔХ=0 и система регулирования находятся в установившемся режиме. При наличии рассогласования ΔХ больше величины чувствительности усилителя он подает команду на исполнительный механизм который перемещает направляющий аппарат дымососа в определенном направлении стремясь свести рассогласование к нулю.
Регулятор соотношения «топливо-воздух».
Назначение—поддерживать заданное соотношение между количеством топлива и воздуха во всем диапазоне изменения подачи топлива которое определяется по графику. Необходимые данные получают при теплотехнической наладке котла и выдаются службе КИПиА за подписью начальника котельной.
Для полного сжигания топлива используются несколько технологических зависимостей между топливом и воздухом. Исходя из этого строятся и схемы автоматического регулирования: «расход (давление) топлива — расход (давление)- воздуха» (сокращенно «топливо — воздух»); «расход пара — расход (давление) воздуха»; «положение РО топлива — расход (давление) воздуха» и «количество кислорода в уходящих газах — количество воздуха».
Оптимальное количество воздуха будет выдерживаться когда измеряется не только расход топлива но и его качественные показатели: состав температура влажность и т. д. Наиболее точно это учитывается САР подачи воздуха удерживающей избыток (10%-15%) кислорода О2 в уходящих газах. Однако из-за сложности измерения кислорода наиболее часто применяется схема регулирования соотношения «топливо — воздух».
Для системы регулирования способ измерения количества топлива не имеет большого значения. Но от этого значительно зависит качество сжигания топлива. Причин влияющих на нормальную работу регулятора соотношения «топливо — воздух» (в дальнейшем — регулятор воздуха) при измерении давления топлива а не расхода несколько.
Во-первых выходное сопло распылителя мазута газомазутных горелок типа ГМГ которыми оборудуются котлы ДКВР рассчитано до 2000 часов работы при нормальной фильтрации топлива и режиме работы сопла. Если эти требования не выдерживаются то сопло увеличивается и при том же давлении через него проходит больше мазута. В этом случае воздуха нужно больше но так как САР контролирует только давление то количество воздуха не изменится что приведет к неполному сгоранию топлива.
Во-вторых сопла форсунок и газовые отверстия забиваются что ведет к росту давления на них. Но одновременно уменьшается количество топлива а регулятор будет держать воздуха больше необходимого согласно давлению что приведет к охлаждению топки и снижению паропроизводительности котла т. е. к.п.д. котла.
В-третьих у котлов ДКВР-20 устанавливаются по 3 горелки и контролировать давление топлива для регулятора воздуха можно только на коллекторе (на общем трубопроводе топлива) после РО. При полностью открытых ручных вентилях давление топлива на коллекторе и на горелках будет одинаковое. Если один из вентилей будет открыт не полностью то давление топлива за ним будет меньше а значит и расход топлива меньше и воздуха надо меньше но при этом давление на коллекторе будет больше и тогда регулятор воздуха будет не уменьшать подачу воздуха что необходимо а увеличивать.
Контролировать правильность работы регулятора воздуха можно (при замере давления топлива) по графику оптимального соотношения «топливо — воздух» но качество сжигания топлива при таком косвенном замере расхода топлива не гарантируется да и проконтролировать его без газоанализаторов дымовых газов которые не предусмотрены проектами сложно.
Следовательно более качественное сжигание топлива гарантировано при измерении его расхода. Причем не только при изменении расхода с помощью РО системы регулирования но и ручными вентилями а также при изменении состояния любого элемента тракта подачи топлива.
Количество воздуха подаваемого в топку обычно измеряется по давлению воздуха в воздуховоде перед котлом. У котлов ДКВР-20 горелок три и из общего воздуховода имеются ответвления к каждой горелке с ручными заслонками для перераспределения количества воздуха. К котлам ДКВР нужно знать точное и постоянное положение ручных заслонок иначе всякое их отклонение от заданного положения изменит соответствие между давлением воздуха и его количеством. Например если прикрыть ручные заслонки на горелках то давление воздуха в общем воздухопроводе возрастет что свидетельствует об увеличении количества воздуха от первоначального положения ручных заслонок и регулятор будет прикрывать направляющий аппарат вентилятора хотя на горелки идет меньше воздуха и нужно наоборот увеличивать подачу воздуха.
Работу регулятора рассмотрим на примере «газ — воздух». График этого соотношения выданный после окончания режимной наладки котла предусматривает одно соотношение между количеством газа и воздуха поэтому задатчик должен быть выключен. Датчик расхода газа преобразует измеряемый перепад давления на диафрагме в электрический сигнал и посылает на усилитель где он сравнивается с электросигналом датчика давления (расхода) воздуха. При этом сигналы датчиков должны быть равны но противоположны по фазе—тогда на входе усилителя суммарный сигнал равен нулю и САР находится в покое. Всякое изменение расхода газа вызовет изменение электросигнала датчика расхода и регулятор должен восстановить вновь соотношение сигналов датчиков то есть соотношение «газ — воздух».
Из рассмотренного видно что расход газа является задающим параметром для регулятора воздуха изменяющего подачу воздуха вслед за изменением расхода газа. Значит регулятор воздуха является следящим.
Регулятор уровня воды в барабане котла.
Назначение — поддерживать уровень воды в барабане постоянным с точностью ±5 мм при изменении расхода пара с котла от 10 до 120%.
Уровень воды в барабане является одним из основных регулируемых параметров паровых котлов. В равновесном состоянии участок питания котла характеризуется равенством между количеством поступающей воды и расходом пара с котла. Если это условие выдерживается то уровень воды будет неизменным. Отклонение уровня происходит по следующим причинам: изменение подачи воды расхода пара теплонапряжения топки и давления пара в барабане. Отклонения уровня от среднего положения при его регулировании не должны превышать ±20—30 мм так как в случае отказа регулятора достаточно 3—4 мин до упуска воды из барабана или его перепитки. Упуск воды приводит к разрыву экранных труб и выходу котла из строя. Перепитка барабана котла приводит к повышению давления пара к забросу воды в паропровод гидравлическим ударам и возможным разрывам паропроводов.
Датчик уровня дифманометр с перепадом 63 кПа (630 мм вод. ст.) подключается через уравнительный сосуд к барабану котла.
Регулятор работает следующим образом. Датчик измеряет уровень воды в барабане котла преобразует его в электрический сигнал и посылает на усилитель где он сравнивается с сигналом задатчика. При равенстве сигналов система регулирования находится в установившемся состоянии. При появлении сигнала рассогласования ΔХ=Х-Х0 — регулятор воздействуя на количество питательной воды протекающей через регулирующий оргон по ПИ-закону восстанавливает равновесие системы.
Регулятор давления пара в барабане котла.
Назначение — удерживать постоянной заданную величину давления пара в пределах точности регулирования путем изменения подачи топлива при колебаниях расхода пара с котла от 20 до 120% его мощности.
Нижний предел (20%) определяется началом диапазона регулирования горелок ГМГм и ГМГ-П которыми оборудуются котлы ДКВР. Верхний предел (120%) определяется тем что кратковременно разрешается перегрузка котла при этом нужно учесть что паспортная мощность котлов ДКВР указана для угольного топлива а при использовании газового или мазутного она увеличивается на 40%.
Настроечные технологические данные параметров определяются по режимной карте Например согласно таблице давление пара в барабане котла имеет только одно значение 10 МПа (10 кгссм2). Значит задатчик данного регулятора должен быть отключен. Точность удержания давления пара ± 05 кгссм2.
Регулируемое давление пара непрерывно измеряется датчиком давления преобразуется в электросигнал и посылается на усилитель где он сравнивается с сигналом задатчика. Если оба сигнала равны т. е. равны заданная величина давления пара Х0 и действительная его величина X то рассогласование ΔХ=Х—Х0 равно нулю и система регулирования находится в покое.
Если действительное значение давления пара X отклонится в какую-либо сторону от задания Х0 то сигнал рассогласования ΔХ поступает на вход усилителя. Когда ΔХ станет больше зоны нечувствительности усилителя то с него подается командный сигнал на исполнительный механизм. Регулирующий орган будет перемещаться в направлении необходимом для ликвидации сигнала рассогласования. [45]
Обоснование контура регулирования подлежащего расчету
Условия безопасной и надежной работы котлаагрегата требуют чтобы уровень воды в барабане поддерживался в определенных пределах.
Уровень воды в барабане является одним из основных регулируемых параметров паровых котлов. В равновесном состоянии участок питания котла характеризуется равенством между количеством поступающей воды и расходом пара с котла. Если это условие выдерживается то уровень воды будет неизменным.
Отклонение уровня происходит по следующим причинам: изменение подачи воды расхода пара (нагрузки котла) тепловой нагрузки топки и давления пара в барабане. Отклонения уровня от среднего положения при его регулировании не должны превышать ±20—30 мм так как в случае отказа регулятора достаточно 3—4 мин до упуска воды из барабана или его перепитки. Упуск воды приводит к разрыву экранных труб и выходу котла из строя. Перепитка барабана котла приводит к повышению давления пара к забросу воды в паропровод гидравлическим ударам и возможным разрывам паропроводов.
При исследовании химико-технологических процессов как объектов управления необходимо выделить входные выходные параметры и возмущающие воздействия. Для определения основных регулируемых параметров и возмущающих воздействий необходимо составить информационную модель процесса. На уровень воды в барабане могут оказывать влияние множество возмущений. Основные из них: изменение расхода питательной воды изменение нагрузки потребителя изменение расхода топлива изменение температуры питательной воды. [45]
Рассмотрим информационную модель объекта представленной на рис. 4.1.
Рисунок 4.1 - Информационная модель объекта
После анализа информационной модели можно сделать вывод что на уровень воды в барабане котла действуют множество возмущений. Поэтому сделаем выбор в сторону управления расхода воды и компенсации возмущений связанных с нагрузкой котла по пару. Так как эти параметры больше всего влияют на материальный баланс барабана котла и его уровень воды.
В результате систему регулирования уровня воды в барабане котла можно представить в виде следующей структурной схемы:
Рисунок 4.2 - Структурная схема регулирования уровня воды в барабане котла
Структурная схема регулирования уровня воды в барабане котла где:
W1(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – уровень в барабане котла;
W2(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход воды;
W3(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход пара от котла;
F пара – внешнее возмущающее воздействие – расход пара от котла;
F воды – входное воздействие – расход воды на котел;
L – выходная величина – уровень в барабане котла;
% открытия РО на воде – управляющее воздействие приложенное к подаче расхода воды в барабан котла.
Проведение эксперимента
1Подготовка и проведение эксперимента
Свойства объекта управления необходимо знать при составлении схемы автоматизации выборе закона регулятора и определении оптимальных значений его настроечных параметров. Правильный учет свойств объектов позволяет создавать АСР имеющие значительно более высокие показатели качества переходного процесса. Для определения динамических свойств объектов управления анализируют кривые изменения регулируемой выходной величины при типовых возмущающих воздействиях. По кривой разгона определяют динамические характеристики объекта управления: запаздывание постоянную времени коэффициент передачи.
Подготовка эксперимента по снятию динамических характеристик объекта регулирования заключается в выборе входной и выходной величин а также в выборе измерительной аппаратуры. В качестве входной величины принимаем положение регулирующего органа а в качестве выходной – сигнал измерительного преобразователя поступающий на вход регулятора. Для снятия временных характеристик объект исследования приводим в равновесное состояние а затем с помощью дистанционного управления и исполнительного устройства подаем на вход объекта возмущающее воздействие. Реакцию на это воздействие регистрируем в координатах: выходная величина – время.
Проведение эксперимента можно описать схемой:
Рисунок 5.1 - Структурная схема проведения активного эксперимента
– устройство регистрации и изменения параметров регуляторов – ЭВМ;
– устройство управления и сбора информации об объекте – контроллер;
– устройство воздействия на объект – исполнительный механизм;
– устройство получения информации об объекте – измерительный преобразователь;
–объект управления – газотурбина;
С помощью ЭВМ (1) все регуляторы в контроллере (2) участвующие в регулировании объекта переводятся в ручной режим затем наносится возмущающее воздействие Х в виде единичного скачка - изменяется процент открытия регулирующего органа изменением выхода нужного регулятора. Возмущающее воздействие отрабатывает исполнительный механизм (3) и возмущение передается в объект (5). Далее снимается отклик объекта на это возмущение: отклик в виде физического параметра преобразуется измерительным преобразователем (4) в электрический параметр который поступает в контроллер где преобразуется в цифровой сигнал. Цифровой сигнал поступает в ЭВМ где регистрируется до тех пор пока объект не примет новое установившееся значение. Массив регистрируемых значений отклика и значений времени и будет представлять собой кривую разгона.
Для создания АСР питания барабанного котла необходимо снять три кривые разгона по структурной схеме эксперимента приведенной на рис. 5.2.
Рисунок 5.2 - Структурная схема эксперимента
Структурная схема каскадно-комбинированной системы где:
Для регистрации кривой разгона будем использовать ЭВМ и программу WinCC предназначенную для отображения результатов измерений в графическом виде за любой период работы контроллера «Siemens». Проведение эксперимента рассмотрим по фрагменту функциональной схемы приведенному на рис. 5.3.
Рисунок 5.3 – Схема автоматизации провидения эксперимента
Измерение расхода воды на котел поз. 3а и расхода пара от котла поз. 1а производится вихревыми расходомерами Rosemount 8800D. Данный тип расходомеров имеет высокие эксплуатационные характеристики. Высокую точность 05% надежность. Возможна замена вышедшего из строя чувствительного элемента – сенсора без снятия корпуса расходомера и остановки измеряемой среды. В виду того что трубопровод пара очень горячий порядка 180 °C а электроника часто не выдерживает таких тепловых нагрузок расходомер имеет разнесенную конструкцию то есть чувствительный элемент на трубопроводе преобразователь устанавливается рядом в более прохладном месте между собой они соединяются специальным коаксиальным кабелем из комплекта поставки.
Для измерения уровня в барабане котла поз. 2а применяется датчик перепада давления Rosemount 3051CD. Измеряет разность двух давлений: давления воды в барабане котла и давление пароводяной смеси над уровнем воды. Выходной сигнал 4-20 мА. Отличительной особенность данных датчиков является их относительно не высокая стоимость качество применяемых материалов отличные эксплуатационные характеристики и достаточно высокий класс точности на выбор пользователя 0075; 01; 02. При эксплуатации датчиков в слабоосвещаемых помещениях имеется подсветка дисплея которая включается или отключается по желанию. Так же имеется HART-протокол для настройки датчиков дистанционно.
2Снятие кривой разгона по основному каналу
Для снятия кривой разгона по основному каналу “ положения регулирующего органа на расходе воды – уровень в барабане котла ”. Процент открытия клапана (подачи воды) поз. 2г увеличиваем на 4%. Для этого открываем программу WinCC (см. рис.5.4).
Рисунок 5.4 - Мнемосхема производства пара БКПРУ-3
Рисунок 5.5 - Мнемосхема с регуляторами в автоматическом режиме
На рис. 5.5 представлена мнемосхема котла ДКВР. Все регуляторы включены в автоматическом режиме о чем говорит кружочек на зеленом фоне . Для примера показан регулятор уровня воды в барабане котла. Чтобы активный эксперимент провести в должном качестве необходимо перевести все регуляторы в ручное управление. Для этого необходимо левой кнопкой мыши кликнуть на необходимый регулятор обозначенный кружком на зеленом фоне появится новое окно изображенное на рис. 5.6 для примера показано око регулятора уровня воды в барабане котла.
Рисунок 5.6 - Окно регулятора
В этом окне (рис. 5.6) расположены подряд 3 квадратные пиктограммы: ручное регулирование автоматическое регулирование каскадное регулирование. Левой кнопкой мыши мы выбираем первую квадратную пиктограмму с нарисованной на ней рукой означающей ручное управление.
Внизу этого окошечка находится шкала выходного положения ИМ и стрелочки влево и вправо необходимые в будущем для открытия или закрытия с помощью исполнительного механизма регулирующего органа. Закрываем это окошечко нажав на крестик в верхнем правом углу.
Далее тем же способом переведем все остальные регуляторы в ручной режим. В итоге у нас получается следующее на рисунке 5.7 показана мнемосхема с регуляторами переведенными в ручной режим управления.
Рисунок 5.7 - Мнемосхема с регуляторами переведенными в ручной режим
После перевода всех регуляторов в ручной режим управления можно приступить к активному эксперименту но мы должны помнить что котельная установка в виде парового котла является объектом без самовыравнивания. При изменении расхода воды в барабан котла уровень в барабане никогда не достигнет нового установившегося значения он будет всегда либо увеличиваться либо уменьшаться. Поэтому активный эксперимент необходимо проводит с долей осторожности стараясь сильно не «раскачивать» уровень в барабане котла.
Для наблюдения за изменением величин кликаем левой кнопкой мыши на кнопку и выбираем необходимые нам тренды а именно по уровню «1L2» и по проценту открытия ИМ «1M5».
Рисунок 5.8 - График изменения уровня воды в барабане котла
На рисунке 5.8 представлен график изменения уровня воды в барабане котла (1) от открытия клапана на воде (2) поз.1М5 по мнемосхеме и поз. 2г по схеме автоматизации провидения эксперимента.
При открытии клапана подачи воды в барабан котла на 4% с 67% до 71% уровень в барабане стал изменятся с 0мм до 20 мм поз. 1L2 по мнемосхеме за 4 минуты 22 секунды. При этом запаздывание составило порядка 20 секунд.
3Снятие кривой разгона по внутреннему каналу
Для снятия кривой разгона по внутреннему каналу “ процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход воды ” открываем клапан расхода воды поз.1М5 по мнемосхеме и поз. 2г по схеме автоматизации провидения эксперимента на 4%. Для этого произведём алгоритм действий описанный выше для основного канала.
Рассмотрим график изменения расхода воды при открытии клапана на подачи воды в барабан котла.
Рисунок 5.9 - График изменения расхода воды
На рисунке 5.9 показаны: 1- График изменения расхода воды; 2 – Процент открытия клапана поз. 2г.
При открытии клапана поз. 2г на 4 % изменяется расход воды поз. 1F5 по мнемосхеме и поз. 3а по схеме автоматизации в котел с 123 тч до 188 тч в среднем рисунок 14.
Из трендов (рисунок 14) видно что расход начал изменятся практически сразу так как транспортное запаздывание минимально. Участок трубы от клапана до расходомера составляет порядка 14 метров. Из рисунков 13 и 14 видно что расход воды поступающий в барабан котла практически сразу изменился и принял новое установившееся значение. Уровень воды в барабане котла в свою очередь отреагировал с опозданием. При подаче относительной холодной воды в барабан котла уровень в первый момент начинает уменьшаться а после возрастает и при этом никогда не примет нового установившегося значения.
4Снятие кривой разгона по каналу возмущения
Для снятия кривой разгона по каналу возмущения “ процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход пара от котла”.
Для того чтобы изменить расход пара от котла в нашем случае снизить его мы выходим из операторского помещения паровой котельной и направляемся в производственный цех. Поднимаемся на отметку 4.4 метра и выходим на площадку где расположена задвижка по пару на производство поз. 4а. Делаем 3 оборота задвижки вручную на закрытие и по громкой связи связываемся с оператором для того чтобы уточнить снизился ли расход пара от котла. Получаем подтверждение о том что действительно расход снизился а через некоторое время начинает повышаться уровень в барабане котла. Мы видим это на тренде рисунка 15. Возвращаем задвижку в прежнее положение и перемещаемся обратно в операторскую паровой котельной.
Рисунок 1 - Изменение уровня воды при изменении расхода пара от котла
На рисунке 15 показаны: 1- График изменения уровня воды; 2 – График изменения расхода пара.
При открытии задвижки по пару на производство поз. 4а на 4 % (3 оборота) уровень в барабане стал изменятся с 0мм до 13368 мм поз. 1L2 по мнемосхеме за 3 минуты 50 секунд. При этом запаздывание составило порядка 50 секунд.
Обработка экспериментальных данных
В результате проведения эксперимента были получены динамические характеристики объекта управления. Для получения математического описания объекта в виде передаточной функции необходимо подвергнуть полученные данные дальнейшей обработке. Обработку кривых разгона будем проводить с помощью графоаналитических методов и в программе «Calcul9».
Все методы идентификации требуют чтобы динамическая характеристика была приведена к единичному виду то есть нормирована. Полученные динамические характеристики выражены в натуральных единицах а величина возмущающего воздействия принимается за единичный скачок следовательно и выходная величина должна быть принята в относительных единицах где максимальное значение равно единице. Нормирование осуществлялось в программе «Calcul9» «Калькулятор передаточных функций» по формуле:
Для этого в программе выбираем меню «Объект управления». В появившемся окне в меню «Динамическая характеристика» выбираем пункт «Создать». В окне «Редактирование» вводим точки кривой разгона предварительно задав для динамической характеристики в окне «Объект»: кол-во точек начальное время шаг изменения. В окне «Редактирование» в меню «Обработка» выбираем пункты «Сгладить» – «По пяти точкам». Затем после сглаживания кривой в меню «Обработка» выбираем пункт «Нормировать» и получаем нормированную кривую.
1Обработка кривой разгона основного канала
Рисунок 6.1 – Нормированная кривая разгона объекта по основному каналу.
Определение передаточной функции объекта по основному каналу проводим по кривой разгона полученной в результате эксперимента. Расчёт ведём в соответствии с рекомендованной последовательностью как для объекта без самовыравнивания. К кривой разгона проводим асимптоту.
Рисунок 6.2 – Обработка кривой разгона: 1-Кривая разгона объекта по основному каналу; 2- Асимптота.
Находим тангенс угла наклона асимптоты:
tg a = k1 = (20268 - 0) (145 - 43) = 0198 (ммс).
Далее оформляем таблицу 6.1 В столбце 1 записываем время t в столбце 2 - значения кривой разгона по данным эксперимента в столбце 3 - значения прямой Х1(t) которые находим по формуле:
Разложение кривой разгона объекта на ряд фиктивных объектов
Вычитая из прямой Х1(t) исходную кривую Хвых(t) получаем функцию Х2(t).
Значения полученной кривой записываем в столбец 4 таблицы 6.1
Таким образом исходную кривую разгона мы разложили на два фиктивных объекта - Х1(t) и Х2(t). Первый из которых - прямая второй - кривая обычного объекта с самовыравниванием. Значения кривых Х1(t) и Х2(t) делим на Х2 max = 8587 мм. вод. ст. и получившиеся значения Х1(t)норм. и Х2(t)норм. заносим в столбцы 5 и 6 таблицы 6.1. Таким образом обе фиктивные функции приведены к безразмерной форме.
Полученные фиктивные объекты изображены на рис. 6.3.
Рисунок 6.3 – Нормированные кривые: 1- первого фиктивного объекта;
- второго фиктивного объекта.
Передаточная функция соответствующая кривой первого фиктивного объекта представляет собой передаточную функцию интегрирующего звена и может быть записана в следующем виде:
Определение передаточной функции второго фиктивного объекта производится в том же порядке что и для объектов с самовыравниванием. Подобные объекты отлично рассчитываются с помощью программного обеспечения в частности Calcul9. Для расчёта передаточной функции достаточно ввести в программу значения точек кривой разгона объекта:
Находим следующие коэффициенты по основному каналу (для W1(S)):
Коэффициент передачи объекта по основному каналу составляет:
w - величина внешнего возмущения w = 10 %.
Проверка аппроксимации
Проверку аппроксимации проводим для нахождения статической ошибки между экспериментальной кривой разгона и кривой полученной по расчётному переходному процессу по каждому каналу.
Проверку аппроксимации проводим с помощью теоремы разложения в программе «Калькулятор передаточных функций» CALCUL 9. После ввода в программу коэффициентов передаточной функции получим следующее математическое выражение реакции системы на единичное ступенчатое воздействие y(t):
y(t)=+Exp^(-0068*(t+20000))*(+1432)+Exp^(-0077*(t+20000))*(-1163)+0023*(t+20000)^1-0269
Корни аналитического выражения:
Координаты точек нормированной и аппроксимированной кривых разгона по основному каналу W1(S) занесем в таблицу 6.2.
Проверка аппроксимации кривой переходного процесса
по каналу внешнего возмущения
нормированное значение
аппроксимированное значение
Сравнение графиков нормированной и аппроксимированной кривых разгона представлено на рисунке 6.4.
Рисунок 6.4 – Сравнение кривых разгона: 1-нормированная; 2- аппроксимированная.
2Обработка кривой разгона внутреннего канала
Аналогично обработке данных основного канала получим нормированную и аппроксимированную кривую разгона для внутреннего контура. По полученным данным табл.6.3 строим график нормированной кривой разгона рис.6.5
Проверка аппроксимации кривой переходного процесса по внутреннему каналу
нормированное значение уровня
аппроксимированное значение уровня
Рисунок 6.5 – График нормированной кривой разгона внутреннего канала.
Для получения передаточной функции W2(S) используем метод Симою (метод площадей) Находим следующие коэффициенты по внутреннему каналу (для W2(S)):
y(t)=+Exp^(-0464t) * (+1903*cos(t*0287+2124))+1000
Сравним графики нормированных и аппроксимированных кривых разгона для внутреннего канала (для W2(S)) (рис. 6.6):
Рисунок 6.6 – Сравнение кривых разгона: 1-нормированная; 2- аппроксимированная.
3Обработка кривой разгона внешнего возмущения
Аппроксимацию переходного процесса по каналу внешнего возмущения проводим в последовательности проведённой при аппроксимации переходного процесса по основному каналу так как оба объекта являются объектами без самовыравнивания.
Из графика находим тангенс угла наклона асимптоты:
k1 = tg a = (0 -13368) (230-90) =00955; (мм.с.).
Рисунок 6.7 – Обработка кривой разгона по каналу внешнего возмущения: 1-Кривая разгона объекта по основному каналу; 2- Асимптота.
Далее оформляем таблицу 6.4. В столбце 1 записываем время t в столбце 2 - значения кривой разгона по данным эксперимента в столбце 3 - значения прямой Х1(t) которые находим по формуле:
Вычитая из исходной кривой Хвых(t) прямую Х1(t) получаем функцию Х2(t).
Значения полученной кривой записываем в столбец 4 таблицы 6.4.
Таким образом исходную кривую разгона мы разложили на два фиктивных объекта - Х1(t) и Х2(t). Первый из которых - прямая второй - кривая обычного объекта с самовыравниванием. Значения кривых Х1(t) и Х2(t) делим на Х2 max = 8594 мм. вод. ст. и получившиеся значения Х1(t)норм. и Х2(t)норм. заносим в столбцы 5 и 6 таблицы 6.4. Таким образом обе фиктивные функции приведены к безразмерной форме.
Полученные фиктивные объекты изображены на рис. 6.8
Рисунок 6.8 – Нормированные кривые: 1- первого фиктивного объекта;
Передаточная функция соответствующая кривой первого фиктивного объекта представляет собой передаточную функцию интегрирующего звена и может быть записана в следующем виде:
Находим следующие коэффициенты по основному каналу (для W3(S)):
Коэффициент передачи объекта по каналу внешнего возмущения составляет:
w - величина внешнего возмущения w = 25 тч
y(t)=+Exp^(-0027*(t+50000))*(+0227*cos( (t+50000)*0016+-0216))+0011*(t+50000)^1-0222
Координаты точек нормированной и аппроксимированной кривых разгона по основному каналу W3(S) занесем в таблицу 6.5.
Проверка аппроксимации кривой переходного процесса по каналу внешнего возмущения
апроксимированное значение уровня
Сравнение графиков нормированной и аппроксимированной кривых разгона по каналу внешнего возмущения представлено на рисунке 6.9.
Рисунок 6.9 – Сравнение кривых разгона по каналу внешнего возмущения: 1-нормированная; 2- аппроксимированная.
Результаты аппроксимации сведём в таблицу:
Таблица 6.6. Сводная таблица результатов аппроксимации.
Передаточные функции по каналам W1(S) W2(S) W3(S)
Передаточная функция
Относительная погрешность %
Так как максимальное отклонение расчётных кривых от экспериментальных не превышает 5% то полученные передаточные функции могут быть использованы для дальнейших расчётов.
Расчет схемы регулирования
В разделе 6 «Обработка экспериментальных данных» были получены передаточные функции отражающие динамические свойства объекта управления. Предварительно сложно определить какая схема регулирования лучше справиться с поставленной задачей поэтому будем рассчитывать несколько вариантов схем: одноконтурную каскадную и комбинированную схемы.
Задаемся известной передаточной функцией.
Выбираем тип регулятора.
Определяем настройки регулятора.
1Расчет одноконтурной системы регулирования
Передаточная функция объекта основного канала W1(S) - уровень воды в барабане котла – изменение расхода воды в барабан котла имеет вид:
Структурная схема одноконтурная АСР питания котла изображена на рис. 7.1
Рисунок 7.1 – Структурная схема одноконтурная АСР
– задание входное воздействие – изменение подачи воды в барабан котла;
– выходная величина – уровень в барабане котла;
– передаточная функция регулятора;
– передаточная функция объекта.
Для расчета оптимальных настроек регулятора будем использовать программу «Calcul9». После запуска программы в главном меню выбираем пункт «Оптимальный регулятор». В поле данных вносим параметры передаточной функции объекта регулирования вводим тип регулятора и далее нажимаем «Вычислить». В данном случае выбираем ПИ регулятор так как нужна точность регулирования и быстродействие. Получим следушие настройки регулятора изображенные на рисунке 7.2.
Рисунок 7.2 – Настройки регулятора одноконтурной АСР
Коэффициент пропорциональности Кр = 0785;
Время интегрирования Tи=129766;
Оптимальная частота wопт=002;
Передаточная функция ПИ – регулятора имеет вид:
2Расчет каскадной системы регулирования
2.1. Расчет внутреннего контура
Для более оптимального ведения процесса парообразования и поддержания технологических параметров на заданном уровне возможно реализовать каскадную схему управления. Каскадная система регулирования является одной из распространенных систем регулирования с одной регулируемой величиной в которой вводится дополнительная стабилизация некоторой промежуточной величины дополнительным регулятором. Такая система состоит из двух контуров (внутренний контур – стабилизирующий или ведомый внешний – корректирующий или ведущий).
На рис. 7.3. изображена структурная схема каскадной АСР по которой производим расчет оптимальных настроек регулятора.
Рисунок 7.3 – Структурная схема каскадной АСР
– задание входное воздействие – заданный расход воды;
– передаточная функция ведомого регулятора;
– передаточная функция ведущего регулятора;
– передаточная функция объекта по основному контуру;
– передаточная функция объекта по внутреннему контуру.
Регулятор Р2 контролирует основную величину Х и при ее отклонении воздействует не на регулирующий орган а на задание регулятора Р1. А регулятор Р1 в свою очередь поддерживает на заданном значении вспомогательную величину Х1. Такая система является двухконтурной.
Внутренний контур образованный и является стабилизирующим или ведомым. Внешний контур образованный и является корректирующим или ведущим.
Расчет оптимальных настроек регуляторов для каскадной АСР будем проводить в следующей последовательности:
Определяем настройки регулятора внутреннего контура.
Определяем вид передаточной функции для эквивалентного объекта.
По передаточной функции эквивалентного объекта определяем настройки регулятора для внешнего контура.
Настройки регулятора внутреннего контура определяем по передаточной функции внутреннего канала объекта:
Расчет проводим аналогично расчету одноконтурной АСР. Получаем следующие настройки регулятора (рис. 7.4):
Рисунок 7.4 – Настройки регулятора внутреннего контура АСР
Коэффициент передачи объекта Кр = 1193
Время интегрирования Tи=2085;
Оптимальная частота wопт=0605;
2.2 Расчет эквивалентного объекта
Для определения инерционности контуров построим в одной системе координат динамическую нормированную характеристику по основному каналу и кривую переходного процесса по внутреннему каналу.
Рисунок 7.5 – Графики кривой разгона по основному каналу (1) и переходного процесса внутреннего канала по возмущению(2).
Как видно из рисунка инерционность внутреннего контура значительно меньше инерционности основного следовательно передаточная функция эквивалентного объекта по которой определим настройки ведущего регулятора имеет вид:
– передаточная функция эквивалентного объекта;
– передаточная функция основного канала;
– передаточная функция внутреннего канала.
Выражения передаточных функций и рассчитаны ранее в разделе 6 и имеют вид:
С помощью программы «Calcul9» получим следующее выражение передаточной функции эквивалентного объекта Wэ(S) (рис. 7.6):
Рисунок 7.6 – Передаточная функция эквивалентного объекта
В программе «Calcul9» определяем настройки ведущего регулятора. Для ПИ-регулятора получаем (рис. 7.7):
Рисунок 7.7 – Настройки регулятора
Коэффициент пропорциональности Кр=0884;
Время интегрирования Tи=108479;
Оптимальная частота wопт=0056;
Передаточная функция ПИ – регулятора запишется:
После определения настроечных параметров ведущего регулятора пересчитываем настройки стабилизирующего регулятора по передаточной функции определяемой по формуле:
Получим следующую передаточную функцию эквивалентного объекта:
В программе «Calcul9» получаем следующие уточненные настройки ведомого регулятора (рис. 7.8):
Рисунок 7.8 – Настройки регулятора
Коэффициент пропорциональности Кр = 1349;
Время интегрирования Tи = 15568;
Оптимальная частота wопт = 0017.
3Расчет комбинированной системы регулирования
В течение технологического процесса возможна ситуация когда паропроизводительность котла не будет соответствовать количеству потребляемого пара потребителем. Это несоответствие безусловно отразится на уровне воды в барабане котла таким образом это будет являться возмущающим воздействием и тогда нет смысла дожидаться когда это возмущение отразится на уровне воды и регулятор питания котла его отработает. Это возмущение можно зафиксировать корректирующим устройством. Введение этого добавочного воздействия призвано давать более своевременную информацию о появлении возмущения от расхода пара (ещё до того как оно успеет подействовать на основную регулирующую величину).
Структурная схема каскадно-комбинированной системы регулирования приведена на рис. 7.9.
Рисунок 7.9 – Структурная схема каскадно-комбинированной системы
– возмущающее воздействие – расход пара от котла;
– передаточная функция устройства ввода возмущения;
– передаточная функция объекта по внутреннему контуру;
– передаточная функция объекта по каналу возмущения.
Для определения настроек компенсирующего устройства определим передаточную функцию эквивалентного объекта для компенсирующего устройства Wк(S):
– передаточная функция объекта по каналу возмущения;
– передаточная функция ведущего регулятора каскадной АСР;
– передаточная функция эквивалентного объекта каскадной АСР.
Выражение передаточной функций рассчитано ранее в разделе 6 и имеет вид:
Выражение передаточной функций рассчитано ранее в п. 7.2.2 и имеет вид:
Подставим значения передаточных функций эквивалентного объекта внешнего регулятора каскадной АСР и канала внешнего возмущения в формулу для вычисления передаточной функции регулятора. Проведем соответствующие математические вычисления в программе «Calcul9». Получим следующую передаточную функцию компенсатора:
Расчёт настроечных параметров компенсатора проводим для нулевой и для резонансной частоты. Резонансная частота для основного канала АСР составляет 0005 радс. Для определения векторов загрузим передаточную функцию Wк(S) в программу Calcul9. Полученные значения представлены в таблицу 7.1.
Значения векторов для расчёта компенсирующего устройства
Вещественная составляющая U
Мнимая составляющая V
В качестве компенсирующего устройства выберем реальное дифференцирующее звено вида:
Для определения настроек компенсирующего устройства на координатной плоскости отложим вектора рис. 7.10 для нулевой и резонансной частоты из табл. 7.1. Через конец вектора и началом координат проведём окружность с центром на вещественной полуоси.
Рисунок 7.10 – Определение настроек компенсирующего устройства
Настройки компенсирующего устройства найдём по формулам:
Передаточная функция компенсирующего устройства запишется:
Моделирование рассчитанной системы регулирования
Моделирование будем проводить используя программное обеспечение «MatLab» с использованием библиотеки Simulink. В данном пакете произведем моделирование процесса используя передаточные функции рассчитанных каналов. Данные передаточные функции и настройки регуляторов были получены в предыдущих разделах 6 и 7. По этим данным получим отклики на единичный скачек по каналу управления и по каналу возмущения следующих систем: одноконтурная каскадная каскадно-комбинированная.
1Переходные процессы в одноконтурной системе регулирования
Для моделирования переходных процессов в одноконтурной АСР по управлению воспользуемся моделью показанной на рис 8.1.:
Рисунок 8.1 – Модель одноконтурной АСР для снятия переходного процесса по управлению
На рис. 8.1 обозначены:
2 – блок генерации ступенчатого выходного сигнала;
4 – блок суммирования или вычитания входных сигналов;
– блок реализующий функцию ПИ регулятора;
– блок реализующий передаточную функцию по основному каналу ;
– блок регистрирующий изменение контролируемой величины во времени для дальнейшего графического анализа;
– точка подачи возмущающих воздействий анализатора LTI V
– точка контроля анализатора LTI V
– блок реализующий запаздывание основного канала W1(S).
Параметры настройки блока ПИ регулятора показаны на рис. 8.2. Так как блок ПИ регулятора использует коэффициент интегральной составляющей то в настройках блока ПИ регулятора указана величина .
Рисунок 8.2 – Параметры настройки блока ПИ регулятора.
Полученный график переходного процесса в одноконтурной АСР по управлению показан на рис. 8.3.
Рисунок 8.3 – График переходного процесса в одноконтурной АСР по управлению
Для моделирования переходных процессов в одноконтурной АСР по возмущению воспользуемся моделью показанной на рис 8.4.:
Рисунок 8.4 – Модель одноконтурной АСР для снятия переходного процесса по возмущению
На рис. 8.4 обозначены:
Параметры настройки блока ПИ регулятора не изменяются и показаны на рис.8.2.
Полученный график переходного процесса в одноконтурной АСР по возмущению показан на рис. 8.5.
Рисунок 8.5 – График переходного процесса в одноконтурной АСР по возмущению
Проанализируем полученные графики переходных процессов в одноконтурной АСР полученные показатели качества переходного процесса показаны в таблице 8.1.
Качественные показатели регулирования в одноконтурной АСР
2Переходные процессы во внутреннем контуре каскадной системы регулирования
Для моделирования переходных процессов во внутреннем контуре каскадной АСР по управлению воспользуемся моделью показанной на рис 8.6.:
Рисунок 8.6 – Модель внутреннего контура каскадной АСР для снятия переходного процесса по управлению
На рис. 8.6 обозначены:
– точка контроля анализатора LTI Viewer.
Параметры настройки блока ПИ регулятора показаны на рис. 8.7. Так как блок ПИ регулятора использует коэффициент интегральной составляющей то в настройках блока ПИ регулятора указана величина .
Рисунок 8.7 – Параметры настройки блока ПИ регулятора
Полученный график переходного процесса во внутреннем контуре каскадной АСР по управлению показан на рис. 8.8.
Рисунок 8.8 – График переходного процесса во внутреннем контуре каскадной АСР по управлению
Для моделирования переходных процессов во внутреннем контуре каскадной АСР по возмущению воспользуемся моделью показанной на рис 8.9.:
Рисунок 8.9 – Модель внутреннего контура каскадной АСР для снятия переходного процесса по возмущению
На рис. 8.9 обозначены:
Параметры настройки блока ПИ регулятора не изменяются и показаны на рис.8.7.
Полученный график переходного процесса во внутреннем контуре каскадной АСР по возмущению показан на рис. 8.10.
Рисунок 8.10 – График переходного процесса во внутреннем контуре каскадной АСР по возмущению
Проанализируем полученные графики переходных процессов во внутреннем контуре каскадной АСР полученные показатели качества переходного процесса показаны в таблице 8.2.
Качественные показатели регулирования во внутреннем контуре каскадной АСР.
3Переходные процессы в каскадной системе регулирования
Для моделирования переходных процессов в каскадной АСР по управлению воспользуемся моделью показанной на рис 8.11.:
Рисунок 8.11 – Модель каскадной АСР для снятия переходного процесса по управлению
На рис. 8.11. обозначены:
4 5 – блок суммирования или вычитания входных сигналов;
7 – блок реализующий функцию ПИ регулятора;
– блок реализующий передаточную функцию по внутреннему каналу ;
Параметры настройки блоков ПИ регуляторов показаны на рис. 8.12.
Рисунок 8.12 – Параметры настройки блоков ПИ регуляторов
Полученный график переходного процесса в каскадной АСР по управлению показан на рис. 8.13.
Рисунок 8.13 – График переходного процесса в каскадной АСР по управлению
Для моделирования переходных процессов в каскадной АСР по возмущению воспользуемся моделью показанной на рис 8.14.:
Рисунок 8.14 – Модель каскадной АСР для снятия переходного процесса по возмущению
На рис. 8.14 обозначены:
Параметры настройки блока ПИ регулятора не изменяются и показаны на рис.8.12. Полученный график переходного процесса в каскадной АСР по возмущению показан на рис. 8.15.
Рисунок 8.15 – График переходного процесса в каскадной АСР по возмущению
Проанализируем графики переходных процессов в каскадной АСР полученные показатели качества переходного процесса показаны в таблице 8.3.
Качественные показатели регулирования в каскадной АСР
4Переходные процессы по возмущению в комбинированной системе регулирования без компенсирующего устройства и с компенсирующим устройством
Для моделирования переходных процессов по возмущению в комбинированной АСР без компенсирующего устройства воспользуемся моделью показанной на рис 8.16.:
Рисунок 8.16 – Модель комбинированной АСР без компенсирующего устройства для снятия переходного процесса по возмущению
На рис. 8.16. обозначены:
– блок реализующий передаточную функцию по каналу возмущения;
Параметры настройки блоков ПИ регуляторов показаны на рис. 8.17.
Рисунок 8.17 – Параметры настройки блоков ПИ регуляторов
Для моделирования переходных процессов по возмущению в комбинированной АСР с компенсирующим устройством воспользуемся моделью показанной на рис 8.18.:
Рисунок 8.18 – Модель комбинированной АСР с компенсирующим устройством для снятия переходного процесса по возмущению
На рис. 8.18 обозначены:
4 5 6 – блок суммирования или вычитания входных сигналов;
8 – блок реализующий функцию ПИ регулятора;
– блок реализующий передаточную функцию компенсирующего устройства ;
Параметры настройки блока ПИ регулятора не изменяются и показаны на рис.8.17. Полученные графики переходных процессов в комбинированной АСР по возмущению показаны на рис. 8.19.
Рисунок 8.19 – Графики переходных процессов в комбинированной АСР по возмущению: 1 – без компенсирующего устройства; 2 – с компенсирующим устройством.
Проанализируем полученные графики переходных процессов в каскадной АСР полученные показатели качества переходного процесса показаны в таблице 8.4.
Качественные показатели регулирования в комбинированной АСР
Анализ качества переходных процессов и выбор системы регулирования
Для анализа качества переходных процессов строим годографы частотных характеристик замкнутых систем по управлению и возмущению (одноконтурная каскадная) с проверкой графиков переходных процессов по резонансной частоте:
где Т – период колебания переходного процесса;
р – резонансная частота.
Для построения годографов надо вычислим передаточные функции замкнутых систем. Все необходимые вычисления произведем в программе Mathcad.
Передаточные функции замкнутых систем по управлению вычисляем по формуле
Где: – передаточная функция объекта управления;
– передаточная функция регулятора.
Передаточные функции замкнутых систем по возмущению вычисляем по формуле
По полученным передаточным функциям построим годографы частотных характеристик с указанием частот и нахождением резонансной частоты рис. 9.1 9.2 9.3 9.4. Все построения осуществляем в программе Mathcad.
Рисунок 9.1 – АЧХ и годограф одноконтурной системы по управлению
По рисунку 9.1 получим: р = 00185 радс.
Произведем проверку переходного процесса по резонансной частоте:
Расчетное время периода регулирования 339с; по графику переходного процесса 331с. Переходный процесс построенный в Matlab получен верно.
Рисунок 9.2 – АЧХ и годограф одноконтурной системы по возмущению
По рисунку 9.2 получим: р = 0021 радс.
Произведем проверку переходного процесса по резонансной частоте:
Расчетное время периода регулирования 299с; по графику переходного процесса 302с. Переходный процесс построенный в Matlab получен верно.
Рисунок 9.3 – АЧХ и годограф каскадной системы по управлению
По рисунку 9.3 получим: р = 0019 радс.
Расчетное время периода регулирования 330с; по графику переходного процесса 336с. Переходный процесс построенный в Matlab получен верно.
Рисунок 9.4 – АЧХ и годограф каскадной системы по возмущению
По рисунку 9.4 получим: р = 00265 радс.
Расчетное время периода регулирования 236с; по графику переходного процесса 231с. Переходный процесс построенный в Matlab получен верно.
Анализируя полученные графики можно сделать вывод что моделируемые замкнутые системы устойчивы и обладают значительным запасом по амплитуде и фазе.
Приведем сводную таблицу показателей качества различных систем регулирования
Сводная таблица показателей качества систем регулирования
Система регулирования
Перерегули-рование %
Время регулирования с
Комбинированная без компенсатора
Комбинированная с компенсатором
Для наглядности представим отдельные графики переходных процессов в одной системе координат показанные на рисунке 9.5.
Рисунок 9.5 – Графики переходных процессов по возмущению одноконтурной (1) каскадной (2) комбинированной без компенсатора (3) и комбинированной с компенсатором (4) систем управления
Вывод: Из таблицы 9.1 и сравнительных графиков на рис. 9.5 видно что переходные процессы в каскадно-комбинированной АСР с компенсатором качественнее каскадной и одноконтурной АСР. Поэтому для регулирования выбираем каскадно-комбинированную систему регулирования с компенсатором.
Реализация рассчитанной системы регулирования
1Описание рассчитанной системы управления
В дипломном проекте рассчитана одноконтурная система каскадная система и каскадно-комбинированная система автоматического регулирования состоящая из следующих каналов: основного – уровень воды в барабане котла внутреннего – расход питательной воды и канала возмущения – расход пара от котла.
Проанализировав полученные динамические характеристики и качество полученных переходных процессов к реализации принята каскадно-комбинированная система автоматического регулирования с компенсатором.
Для управления технологическими процессами все большее применение находят средства вычислительной техники. Системы управления из средств вычислительной (обычно микропроцессорной) техники реализуются с помощью программирования.
Технологическое программирование реализуется на программируемых микропроцессорных контроллерах (ПМК). ПМК представляют собой специализированные управляющие устройства построенные на базе микропроцессорной техники. Они обрабатывают информацию в цифровом виде. Для этого в контроллерах предусмотрено преобразование входной аналоговой информации в цифровую а затем после ее обработки обратное преобразование из цифровой формы в аналоговую поступающую на выход. ПМК обладают универсальностью высокой надежностью достаточным быстродействием.
Ниже приведена структурная схема управления данным процессом Рис. 10.1:
Рисунок 10.1 - Структурная схема управления
На 1 уровне: располагаются датчики исполнительные механизмы. Этот уровень необходим для сбора первичной информации о технологическом процессе. Данные устройства располагаются непосредственно на технологическом оборудовании.
На 2 уровне: находится промышленный микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-300 включающий в себя устройства связи с объектом которые соединяются с контроллером по внутренней системной шине. На этом уровне полученные с датчиков сигналы обрабатываются в устройствах связи с объектом и в цифровом виде поступают в контроллер для дальнейшей обработки.
На 3 уровне: АРМ оператора-технолога на котором установлено специальное программное обеспечение с его помощью оператор или диспетчер получает информацию о ходе технологического процесса. На этом уровне осуществляется диспетчерское управление и сбор данных от контроллера их обработка и отображение результатов на АРМ оператора. Производится накопление и архивирование обработанных результатов.
Реализация выполнена на контроллере SIMATIC S7-300 фирмы SIEMENS - это современный компактный многофункциональный микропроцессорный контроллер построенный по модульному типу предназначенный для автоматического регулирования и логического управления технологическими процессами.
Отличительные черты:
-Мощные программируемые контроллеры для построения систем управления средней и высокой степени сложности.
-Решение практически любых задач управления.
-Широкий спектр модулей и широкая гамма центральных процессоров для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи.
-Высокая гибкость обеспечиваемая простотой использования систем распределенного ввода-вывода и мощными коммуникационными возможностями.
-Удобство обслуживания работа с естественным охлаждением.
-Гибкие возможности расширения по мере развития объекта управления.
Целью реализации является выполнение следующих задач регулирования:
- стабилизация расхода воды в котел которая будет осуществляться во внутреннем контуре предлагаемой каскадной схемы регулирования.
- коррекция задания внутреннего регулятора в зависимости от изменения уровня в барабане котла.
- компенсация возмущающего воздействия расхода пара от котла.
Для аппаратной реализации нам понадобятся следующие устройства:
- UR2 универсальная монтажная стойка для базовых блоков и центрального процессора до 9 модулей на стойку;
- CPU 315 Центральный процессор рабочая память 16 Мбайт (08 Мбайт для программ 08 Мбайт для данных) 1й интерфейс: MPIDP до 12 Мбитс. 2й интерфейс: PROFIBUS-
- Карта памяти RAM 2Мбайт;
- PS 307 10A. Блок питания 120230В постоянного или переменного тока выход 5В10А. является источником питания для центрального процессора;
- SITOP POWER 20. Стабилизированный источник питания вход: 120230В АС. выход: 24В20А DC является источником питания для модулей вводавывода;
- IM360-2. Интерфейсный модуль. Предназначен для передачи данных между контроллером и ПЭВМ по интерфейсу ETHERNET.
- SM331 AI8. Модуль ввода аналоговых сигналов оптоэлектронное разделение внешних и внутренних цепей имеет 8 каналов ввода аналоговых сигналов токанапряжения;
- SM332 AO8. Модуль вывода аналоговых сигналов оптоэлектронное разделение внешних и внутренних цепей имеет 8 каналов вывода аналоговых сигналов токанапряжения;
- Стандартный кабель ETHERNET необходим для связи рабочей станции с SIMATIC S7-300;
- Рабочая станция TOWER P4 13 ГГц 512 RDRAM графика 32Мбайт 48Х CDROM 144B FD 30 Гбайт HD 2 последовательных интерфейса встроенное аудио клавиатура оптическая мышь цветной монитор 21` коммуникационный процессор СР 5613 PCI – карта для подключения к PROFIBUS с драйвером для WINDOWS NT4.0 2000 PRO DP-RAM интерфейс для DP-мастер.
Для программной части реализации необходима операционная система WINDOWS NT4.0 WS программный пакет PCS7 V5.2 для программирования контроллера базовое программное обеспечение рабочей станции WinCC (Windows Control Center). WinCC – это система оперативного управления и визуализации с объектно-ориентированной архитектурой которая базируется на операционной системе Microsoft Windows NT.
Аппаратная реализация представлена наглядно следующей структурной схемой Рис. 10.2:
Рисунок 10.2 - Аппаратная реализация
Программную реализацию каскадно-комбинированную САР с компенсатором выполним в пакете PCS7 V5.2 предназначенного для программирования контроллеров SIMATIC. В данном пакете для составления программы воспользуемся CFC логикой. А также задействуем целый ряд библиотек алгоритмов реализующих различные функции.
Из стандартной библиотеке алгоритмов нам понадобятся следующие блоки:
Блок микроаналогового входа AI FB10 Рис. 10.3.
Рисунок 10.3 - Блок микроаналогового входа
Данный блок предназначен для пересчета входных значений технологических параметров в проценты. Входом данного блока является “CH” “код сигнала” “CH_HI” и “CH_LO” – верхняя и нижняя граница диапазона “T_FLT” – время фильтра “IN_PV” – подстановочное значение IN_PV_ON – использование подстановочного значения. Выходом данного блока является “PV“– значение сигнала 0-100% “QBAD” – неисправность датчика. Также данный блок предусматривает контроль срабатывания предупредительной нижней и верхней границы.
Блок для непрерывного регулирования “Continuous PID controller” SFB 41 – CONT_C Рис. 10.4.
Рисунок 10.4 - Блок непрерывного регулирования
Данный блок реализует готовый ПИД-регулятор с непрерывным выводом управляющего воздействия и возможностью ручного управления. ПИД-алгоритм работает как настраиваемый алгоритм. Пропорциональная интегральная INT и дифференциальная DIF части включены параллельно и могут включаться и выключаться по отдельности. Благодаря этому можно установить с помощью параметризации П- ПИ- ПД- и ПИД-регулятор. Но возможны также чистый И-регулятор или чистый Д-регулятор.
Для того чтобы получить ПИ-регулятор дифференциальная составляющая должна быть отключена т.е. начальная величина “D_SEL” должна быть установлен “FALSE” что означает «Отключение дифференциальной составляющей» и соответственно параметр TV=T#0ms. Входное значение регулятора подается на вход “PV_IN” задание на регулятор подается на вход “SP_INT”. “TM_LAG”-время запаздывания воздействия по производной.
В автоматическом режиме на выходе ПИД-алгоритма сигнал ограничивается диапазоном от “LMN_LLM” до “LMN_HLM”. В ручном режиме работы управляющее воздействие определяется оператором со станции управления через вход “MAN_ON”- включение ручного режима если вход «Включение ручного режима» установлен и равен 1 то контур регулирования разорван. В качестве управляющего воздействия устанавливается значение заданное вручную а ограничение реализуются посредством диапазона “MAN_HLM”– “MAN_LLM”.
Для подачи возмущающего воздействия на регулятор задействуется вход “DISV”
Выходным значением регулятора является выход “LMN” однако если необходимо сразу передать сигнал управления на выходной модуль контроллера используют выход “LMN_PER”.
Блок схема регулятора представлена на Рис. 10.5
Передаточная функция регулятора имеет следующий вид:
где: LMN – управляющее воздействие;
GAIN - коэффициент усиления регулятора;
TN – время интегрирования;
TV – время дифференцирования;
ER - рассогласование;
Рисунок 10.5 - Блок схема регулятора
Блок дифференцирования “DERIVATIVE” SFB 88 –DERV Рис.10.6.
Рисунок 10.6 - Блок дифференцирования
Данный блок реализует реальное дифференцирующее звено и используется в качестве компенсатора каскадно-комбинированной САР. Настроечными параметрами данного блока является коэффициент усиления “GAIN” и время дифференцирования “TD”. Входом компенсатора является “PV_IN”. Выходом компенсатора является “LMN”
Передаточная функция компенсатора имеет следующий вид:
где: LMN – выход компенсатора;
GAIN - коэффициент усиления;
TD – время дифференцирования;
PV_IN – входное значение.
2Программная реализация каскадно-комбинированной САР
Программная реализация представлена на Рис. 10.7:
Кодовый сигнал с сигнального модуля SM331 (уровень в барабане котла) - IW2 поступает на вход “CH” микроаналогового входа “L_1” где происходит пересчет сигнала в проценты и выдает действительное значение измеряемой величины. С выхода “PV” сигнал идет на дальнейшую обработку и на вход основного регулятора Р2 “PV_IN”. Задание в регулятор Р2 записывается на вход “SP_INT”. В данном проекте мы используем ПИ регулятор следовательно значения Кп и Ти записываем на входа “GAIN” и “TN” соответственно при этом дифференциальная составляющая должна быть отключена т.е. начальная величина “D_SEL” должна быть установлен “FALSE” что означает «Отключение дифференциальной составляющей» и соответственно параметр TV=T#0ms. С выхода “LMN” управляющий сигнал поступает на задание внутреннего регулятора Р1-“SP_INT”.
Кодовый сигнал с сигнального модуля SM331 (расход воды на котел) IW1 поступает на вход “CH” микроаналогового входа “ F_1” где происходит пересчет сигнала в проценты и выдает действительное значение измеряемой величины. С выхода “PV” сигнал идет на дальнейшую обработку и на вход внутреннего регулятора Р1 “PV_IN”. Аналогично основному регулятору мы используем ПИ-закон регулирования следовательно значения Кп и Ти записываем на входа “GAIN” и “TN” соответственно при этом дифференциальная составляющая должна быть отключена т.е. начальная величина “D_SEL” должна быть установлен “FALSE” что означает «Отключение дифференциальной составляющей» и соответственно параметр TV=T#0ms.
Управляющее воздействие регулятора Р1 с выхода “LMN_PER” поступает непосредственно на сигнальный модуль аналоговых выходов SM332 с адресом QW1 (ИМ расхода воды).
Кодовый сигнал с сигнального модуля SM331 (расход пара от котла)- IW3 поступает на вход “CH” микроаналогового входа “F_2” где происходит пересчет сигнала в проценты и выдает действительное значение измеряемой величины. С выхода “PV” сигнал идет на дальнейшую обработку и на вход блока дифференцирования DERV – “PV_IN”.Значения коэффициент усиления и время дифференцирования задаем на входа “GAIN” и “TD” соответственно. Выход компенсатора “LMN” поступает на вход “возмущения” основного регулятора Р2 - “DISV”.
Рисунок 10.7 - Программная реализация
Схема аппаратной реализации представлена на отдельном формате А1.
Расход воды на котел Поз. 30а измеряется вихревым преобразователем расхода Rosemount 8800D. Сигнал от расходомера поступает на 1 вход сигнального модуля SM331 AI 8 где происходит преобразование токового сигнала в цифровой который по внутренней шине поступает в центральный процессор CPU для дальнейшей обработки.
Измерение уровня в барабане котла Поз. 29а осуществляется при помощи преобразователя перепада давления Fisher Rosemount 3051CD. Выходной сигнал с преобразователя 4-20 мА поступает на 2 вход сигнального модуля SM331 AI 8 где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой который по внутренней шине поступает в центральный процессор CPU для дальнейшей обработки.
Измерение расхода пара от котля Поз. 26а происходит преобразователем расхода Rosemount 8800D. Выходной сигнал преобразователя 4-20 мА поступает на 3 вход сигнального модуля SM331 AI 8 где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой который по внутренней шине поступает в центральный процессор CPU для дальнейшей обработки.
Для передачи данных с контроллера на верхний уровень – ПЭВМ используется канал связи ETHERNET. Для этого на ПВЭМ устанавливаем сетевую плату с коммуникационным процессором СР 5613.
На ПЭВМ устанавливается SCADA система WinCC (Windows Control Center). WinCC – это современная система с привлекательной панелью управления открытая для мира делопроизводства и производства продукции зрелая и надежная в работе эффективно проектируемая масштабируемая для простых и сложных задач и при этом легко встраиваемая в приложения для широкого класса предприятий вплоть до встраивания в MES- и ERP-решения.
3Описание схемы сигнализации и блокировок
Как и любой объект повышенной опасности котельная установка оборудована технологической сигнализацией и блокировкой. Сигнализация служит для извещения обслуживающего персонала об аварийном отключении оборудования или выходе за пределы определённых параметров процесса. Блокировка предназначена для предупреждения аварийной ситуации при отклонении от предельно допустимых значениях.
Параметры сигнализации и блокировки были выбраны в Разделе 3.
Сигнализируемые параметры
Давление газа после заслонки
Давление мазута на котел
Давление воздуха на горение
Блокировочные параметры
Погасание факелов горелок
Неисправности цепей защиты
Сигнализация и блокировка параметров процесса производства пара реализована программно и выводится на монитор оператора. На мониторе в программной среде WinCC отображается мнемосхема. На мнемосхеме графически отображаются аппараты а также производится индикация технологических параметров в масштабе реального времени.
Для каждого технологического параметра подлежащего сигнализации в блоке микроаналогового входа AI FB1 есть возможность задания уставок по нижнему и верхнему фронту рис.10.3.
На рис. 10.8 представлена таблица значении микроаналогового блока для уставок сигнализации. Таким образом чтобы реализовать сигнализацию необходимо записать на вход каждого блока AI FB1 для каждого технологического параметра следующие предельные значения:
“ALM_HI”- верхняя граница срабатывания сигнализации;
“ALM_LO”- нижняя граница срабатывания сигнализации.
При превышении данных границ сигнализации на выходе блока вырабатываются следующие дискретные сигналы:
“QALM_HI”- выше верхней аварийной границы;
“QALM_LO”- ниже нижней аварийной границы.
Рисунок 10.8 - Таблица микроаналогового блока
Выходные сигналы с микроаналогового блока обрабатываются в программной среде WinCC и отображаются на мнемосхеме при этом изменяет цвет технологического параметра меняется цвет технологического оборудования а также выводится сообщение о нарушении данного параметра.
Каждому технологическому параметру в WinCC присваивается “паспорт прибора” где непосредственно есть возможность изменения уставок сигнализации либо отключения сигнализации.
Каждый технологический параметр подлежащий блокировке записывается на вход блока OR (логическое сложение). При отклонении одного параметра от предельно допустимых значениях изменяется статус входного сигнала и выходной сигнал идет на останов парового котла.
Программная реализация сигнализации и блокировок представлена на Рис. 10.9 10.10 10.11:
Рисунок 10.9 - Схема сигнализации
Рисунок 10.10 - Схема сигнализации
Рисунок 10.11 - Схема блокировок
Монтаж средств автоматизации
Высокие требования к качеству монтажа сжатые сроки производства монтажных работ и их непрерывно возрастающий объем привели к необходимости поиска новых форм организации труда и технологических методов применения новых унифицированных конструкций и новых более экономичных материалов.
Монтаж средств контроля и автоматики на предприятиях химической промышленности ведут на основании технической документации выполненной проектными организациями согласно требованиям СНиП. Состав и содержание технической документации определяются указаниями по проектированию автоматизации производственных процессов.
Монтажные чертежи являются основным документом для проведения монтажных работ которые выполняются на основании схем автоматизации данного участка производства принципиальной схемы питания и сигнализации схемы внешних электрических и трубных проводок общих видов щитов и пультов. [3]
Общие требования при монтаже
Средства автоматизации монтируются в соответствии с проектом. Места и взаимное расположение средств автоматизации должны обеспечивать наибольшую точность измерений свободный доступ к ним и их запорным и настроечным устройствам хорошую освещенность шкал и диаграмм и удобство их обслуживания.
В производственных и щитовых помещениях до начала монтажа средств автоматизации должны быть закончены все строительные и отделочные работы монтаж и изоляция технологического оборудования а также монтаж трубных и электрических проводок щитов и пультов. Приборы подлежащие теплоизоляции вместе с технологическими трубопроводами и оборудованием а также приборы врезаемые в технологические трубопроводы и аппараты монтируются вместе с ними. Эти приборы устанавливаются после очистки и продувки технологических трубопроводов перед их опрессовкой.
Средства автоматизации имеющие вращающиеся и движущиеся части устанавливают по уровню или отвесу если их конструкция не предусматривает другого способа установки. Крепление средств автоматизации на трубопроводах и технологическом оборудовании должно обеспечивать герметичность этих трубопроводов и аппаратов. Технологические трубопроводы на которых монтируются сужающие устройства регулирующие клапаны объемные и скоростные счетчики и т.п. должны иметь опоры вблизи этих приборов. Прокладки и набивки применяемые при установке средств автоматизации должны соответствовать условиям их работы. [3]
Монтаж кабельных и трубных трасс
Электрические проводки прокладываются по наиболее кратчайшим расстояниям между соединяемым приборами и агрегатами в местах доступных для монтажа обслуживания и ремонта с минимальным количеством поворотов в местах без резких колебаний температуры окружающего воздуха дальше от мест где возможны сотрясения вибрации или механические повреждения кабелей или защитных устройств. Защитные устройства открытых и скрытых электрических проводок выполняются из негорючих влагостойких механически прочных материалов.
В зависимости от сечения жил проводов и кабелей установлены определенные требования к присоединению проводников к приборам аппаратам зажимам а также соединению проводников между собой. От качества выполнения указанных соединений во многом зависит надежность электрических проводок и их пожарная безопасность.
Прокладка трубных проводок – одна из наиболее трудоемких и ответственных операций от качества выполнения которой зависят правильность работы и надежность эксплуатации системы.
Трубная проводка должна представлять собой непрерывную и механически прочную линию. Недостаточная плотность проводки при передаче импульса давления приводит к заниженным показаниям приборов. Трубные проводки должны обеспечивать свободное прохождение импульса с наименьшим запаздыванием.
Способ монтажа испытаний и приемки трубных проводок определяется категорией к которой относятся конкретные трубные проводки. Прокладку трубных проводок выполнять по кратчайшим расстояниям от отборных и приемных устройств до измерительных преобразователей и приборов параллельно стенам перекрытиям колоннам и т.п. Трубные проводки прокладывать с минимальным числом поворотов и пересечений в местах легко доступных для монтажа и обслуживания без резких колебаний температуры окружающей среды не подверженных вибрациям и механическим повреждениям.
Проводки из металлических труб независимо от назначения прокладывают на расстоянии 25 30 мм от стен перекрытий и других элементов зданий. Однако одиночные медные и стальные трубы (кроме труб из нержавеющей стали) в виде исключения могут быть расположены непосредственно на стальных бетонных или кирпичных основаниях и прикреплены к ним стальными крепежными деталями.
Однопроволочные медные жилы проводов и кабелей сечением 1 мм2 присоединять непосредственно под винт или болт а многопроволочные провода этих же сечений – с помощью наконечников или непосредственно под винт или болт. При этом жилы однопроволочных или многопроволочных проводов и кабелей в зависимости от конструкции выводов и зажимов приборов аппаратов и сборок зажимов оконцовывать кольцом или штырем; концы многопроволочных жил (кольца штыри) пропаять штыревые концы можно опрессовывать штифтовыми наконечниками.
Выбираем для внешней проводки кабель типа КВВГ – контрольный кабель с медными жилами изоляция и оболочка из поливинилхлоридного пластика. Число жил – 4 сечением 075 мм2.
Способ выполнения электропроводок марка кабелей и проводов способы соединений жил тип соединительных проводов и т.д. в проекте определены из экономических соображений с учетом особенностей объекта автоматизации (взрывоопасности пожароопасности агрессивности исходных и получаемых веществ).
Все аналоговые и дискретные сигналы заводятся в кросс-шкаф а оттуда разводятся на контроллер и устройства регистрации и сигнализации. Выходные сигналы с контроллера SIMATIC S7-300 также заводятся в кросс-шкаф откуда идут на преобразователи и далее на исполнительные устройства. [3]
Монтаж датчиков давления Vegabar
Датчики давления VEGABAR могут монтироваться в любом положении как непосредственно на трубопроводе так и на специальных выносных стойках. Для того чтобы предотвратить попадание влаги соединение кабеля должно быть внизу. Для этой цели корпус может поворачиваться на 330º по отношению к закрепленной части.
При монтаже должно применяться одно из уплотнений соответствующее установке. У приборов измеряющих избыточное давление атмосферное давление компенсируется с помощь устройства выравнивания давления встроенного в корпус.
Электроника датчика нуждается в питающем напряжении 12 36 В. Подключение выполняется по двухпроводной схеме т.е. питающее напряжение и токовый сигнал передаются через один двужильный кабель подключенный к клеммам 1 и 2. [12]
Монтаж датчиков перепада давления Fisher-Rosemount 3051CD
Датчик модели 3051 весит 25 кг. Дополнительные монтажные кронштейны которые поставляются по заказу облегчают крепление датчика на панели на стене или на 2-дюймовой трубе.
Для облегчения доступа к отсекам корпуса датчика и для обеспечения более удобного положения дополнительного ЖК-индикатора можно повернуть корпус на угол 180º по отношению к закрепленной части. При большем повороте можно повредить провода электрического соединения модуля сенсора с электронным модулем.
При измерении расхода жидкости:
Врезки в линию должны располагаться сбоку для предотвращения накопления осадка на изолирующей мембране датчика.
Следует монтировать датчик на уровне или ниже уровня врезок – это позволит избежать накопления захваченного жидкостью газа который при правильной ориентации датчика будет выводиться в технологичекую линию.
Вентиляционныйдренажный клапан должен быть ориентирован вверх для обеспечения возможности выпуска накопленного газа.
При измерении разрежения:
Врезки в линию должны располагаться сбоку.
Следует монтировать датчик на уровне или выше уровня врезок – это позволит избежать накопления конденсата который при правильной ориентации датчика будет выводиться в технологическую линию.
При измерении уровня воды в барабане:
Для измерения уровня следует использовать уравнительный сосуд с двумя камерами в которых создается перепад давления.
Сосуд соединяют с отборами датчика так чтобы плюсовая полость датчика соединялась с основной камерой а минусовая - с внутренней камерой сосуда. Во внутренней камере поддерживается постоянное давление а в основной меняется в зависимости от изменения уровня. Ровень в основной камере поддерживается постоянным за счет постоянного конденсирования пара. Следствием такого соединения получается что датчик должен быть с «обратной» шкалой т.е. выдавать сигнал 20 4 мА. Таким образом конструкция уравнительного сосуда обеспечивает равенство температур столбов жидкости обеих камер; при этом исключается возможность температурной погрешности в показания датчика. На соединительных линиях уравнительного сосуда устанавливают запорные вентили при установке которых необходимо следить за тем чтобы их штоки располагались горизонтально для исключения образования воздушных пробок и соответственно пульсаций в соединительных линиях сосуде и приборе.
Соединительные трубки от места отбора к преобразователю должны быть проложены по кратчайшему расстоянию. Соединительные линии должны иметь односторонний уклон не менее 1:10 от места отбора вниз к преобразователю. Для продувки соединительных линий должны предусматриваться дренажные вентиля.
Присоединение преобразователя к соединительным линиям осуществляется с помощью предварительно приваренных к трубкам линий ниппелей.
Монтаж термоэлектрических преобразователей
Термометры сопротивления устанавливаются по типовому чертежу и инструкции по эксплуатации. Соединение термометров сопротивления с контроллером осуществляется кабелем КВВГ 4х10. Перед монтажом проверяют целостность чувствительного элемента и сопротивление изоляции по отношению к защитной арматуре. Последнее должно быть не менее 20 Мом.
Термопреобразователи сопротивления предназначенные для измерения температуры в технологических аппаратах и трубопроводах устанавливают в бобышках внутренняя резьба которых должна быть равна наружной резьбе присоединительного штуцера термопреобразователя. Штуцер может быть подвижным или неподвижным.
Чувствительный элемент термопреобразователя сопротивления находится в конце защитного чехла. Устанавливают его так чтобы середина чувствительного элемента находилась как можно ближе к точке измерения а измеряемая им температура не зависела от температуры находящихся вблизи поверхностей. При установке на колене трубопровода чувствительный элемент должен быть направлен навстречу потоку и расположен в центре потока измеряемой среды. Во избежание засасывания наружного воздуха в месте отбора импульса тщательно вваривают бобышку и уплотняют в ней штуцер термопреобразователя.
При установке термопреобразователя в горизонтальном или наклонном положении штуцер для ввода проводов в головку термопреобразователя направляют вниз чтобы на соединительные зажимы не попадала влага.
Конец погружаемой части термометра сопротивления должен размещаться на 25-30 мм ниже оси измеряемого потока.
Устранение дефектов замена присоединение и отсоединение термопреобразователей от магистралей подводящих измеряемую среду находящуюся под давлением следует производить при отсутствии давления в магистралях.
Монтаж термометра должен выполняться с учетом уменьшения утечки и притока тепла извне к чувствительному элементу.
Подвод проводов к термопреобразователям осуществляется в металлорукавах РЗ-Ц-Х-DУ15 длиной 2м.
Рисунок 11.1 - Схема установки термометров сопротивления
Монтаж исполнительных механизмов
Исполнительные механизмы МЭО-25025-025А-06КУ устанавливаются с горизонтальным расположением входного вала. Допускается расположение вала наклонно под углом 150 к горизонтали. Прежде чем приступить к монтажу необходимо осмотреть механизм и убедиться в отсутствии внешних повреждений. Крепление механизмов производится четырьмя болтами. Необходимо предусмотреть место для обслуживания механизмов со стороны датчика и ручного привода. Электрическое подключение механизмов производится через штуцерный ввод. Для этого необходимо снять крышку гайку заглушку и резиновое кольцо штуцерного ввода затем пропустить провод через резиновое уплотнительное кольцо и все в сборе установить в гнездо штуцерного ввода. Подсоединить провода к зажимам установить крышку на место. При этом обратить внимание на количество всех крепежных элементов и их равномерную затяжку. Место присоединения заземляющего проводника должно быть тщательно зачищено и предохранено после присоединения заземляющего проводника от коррозии путем нанесения консистентной смазки. По окончании монтажа следует проверить сопротивление изоляции которое должно быть не менее 20 Ом.
Все аналоговые и дискретные сигналы от преобразователей заводятся в шкаф промежуточных клеммников которые осуществляют первичную защиту модулей вводавывода от аварийных ситуаций в “поле”.
Дискретные выходы контроллера осуществляют включение промежуточных реле которые питаются от поставляемого вместе с контроллером источника питания SP125 3DC. В случае управления электрическим исполнительным механизмом МЭО контакты двух промежуточных реле включают реверсивный бесконтактный пускатель ПБР-2А в том или другом направлении. Пускатели располагаются на щите вспомогательной автоматике ЩВА-2 и соединяются с промежуточными реле кабелем КВВГ 4х1.
Управление исполнительным механизмом МЭО осуществляется по кабелю КВВГ 10х1.
Унифицированные токовые сигналы 4-20мА от датчиков преобразуются в сигнал 1-5В непосредственно перед входом в универсальный модуль аналогового входа резисторами с сопротивлением 250 Ом.
Прокладка трубных проводок осуществляется по кратчайшим расстояниям между отборными устройствами и первичными преобразователями.
Для экономии кабеля используются коробки соединительные КСП10 устанавливаемые вблизи от расположения датчиком и исполнительных механизмов.
Для электрической проводки унифицированных сигналов используется контрольный кабель КВВГЭ - с медными жилами изоляция из поливинилхлоридного пластиката общий экран из алюминиевой фольги оболочка из поливинилхлоридного пластиката. Сечение жил выбирается по допустимым токовым нагрузкам потере напряжения и механической прочности.
Вдоль кабельных трасс устанавливаются опорные конструкции. Расстояние между ними не менее 1 м. Кабели укладываются по опорным конструкциям в один ряд с некоторой слабиной чтобы обеспечить компенсацию температурного сжатия. Расстояние по вертикали между полками не менее 1м. Сверху над опорной конструкцией установлен козырек который защищает кабель от внешних воздействий.
Способ выполнения электропроводок марка кабелей и проводов способы соединения жил и т. д. в проекте определены из экономических соображений с учетом особенностей объекта автоматизации (взрывоопасности пожароопасности свойств обрабатываемых веществ). Монтаж кабелей производится в соответствии со схемой внешних проводок плана трасс схемой питания и монтажно-коммутационной схемой. [11]
Монтаж контроллера SIMATIC S7-300
Контроллер должен устанавливаться в закрытом взрыво- и пожаробезопасном помещении которое удовлетворяет следующим условиям:
температура окружающего воздуха 0 до 60 С;
влажность от 5 до 95% без конденсата;
атмосферное давление от 84 до 1067 КПа;
окружающая среда не должна содержать агрессивных паров и газов.
Все модули устанавливаются на профильную шину DIN и фиксируются в рабочих положениях винтом. Объединение модулей в единую систему выполняется с помощью шинных соединителей (входят в комплект поставки каждого модуля) устанавливаемых на тыльную часть корпуса.
Возможен произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фиксированные посадочные места должны занимать только блоки питания центральные процессоры и интерфейсные модули.
Наличие съемных фронтальных соединителей 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 модульных и гибких соединителей TOP Connect существенно упрощающих выполнение монтажных работ и снижающих время их выполнения.
Расчет регулирующего органа поз. 29в на подаче питательной воды в котел
В данном разделе производится расчет регулирующего органа на трубопроводе подачи питательной воды в котел на основании которого выбирается его тип и марка.
регулируемая среда - вода;
минимальный расход - Qm
максимальный расход - Qma
давление в начале регулируемого участка - P0 = 105 МПа;
давление в конце регулируемого участка - Рк =098 МПа;
температура воды - Т = 98 0С;
внутренний диаметр трубопровода - D = 80 мм;
плотность воды - ρ = 990 кгм3=099 гсм3;
динамическая вязкость воды - = 0028·10-3 кгчм2.
Трубопровод имеет 4 поворота под углом 90° с радиусом изгиба 07 м.
На трубопроводе расположена запорная задвижка.
Расходная характеристика регулирующего органа должна быть линейной.
Рисунок 12.1 – Расчетная схема
Расчет регулирующего органа
Определяем гидростатический напор соответствующий разнице уровней:
ΔPГ=Δhgρ=15м*990кгм3*10мс2=001485МПа
Определим потери давления в сети:
Δрсети=р0-рк± ΔPГ=105-098+001485=008485МПа
где ΔPГ – гидростатический напор соответствующий разности уровней верхней и нижней отметок трубопровода знак «+» означает что источник напора находится на верхней отметке.
Определим число Рейнольдса определяющее режим движения потока при максимальном расходе:
где: Gmax – максимальный массовый расход кгч
Так как ReD>2320 следовательно расчёт продолжаем для турбулентного потока жидкости.
Определим условие гидравлической гладкости трубопровода:
где: n1 – шероховатость трубопровода.
Неравенство не выполняется значит трубопровод не является гидравлически гладким и коэффициент сопротивления трения находим по монограмме - λ=0039.
Считаем суммарную длину трубопровода:
L = 08+065+068+05+0850+21+ 4(24)*07 = 997 м.
Находим среднюю скорость потока при максимальном расходе:
Определим потери давления в местных сопротивлениях трубопровода:
Рм=(вх+ вх+4 90+ 2зад)ρV22
Определим потери давления на прямых участках трубопровода при расчетном максимальном расходе:
Определим потери давления в линии:
Определение перепада давления на регулирующем органе при Qmax:
Таким образом перепад на регулирующем органе почти постоянный и на него не влияют .
Относительный перепад давления на регулирующем органе:
Определим максимальную пропускную способность РО:
Предварительно выбираем РО заслоночного типа с условной пропускной способностью Кdy = 50 м3ч и диаметром условного прохода Dy = 65 мм.
Так как ReD =0399·106 > 2000 то влияние вязкости на расход не учитываем.
Так как диаметр выбранного РО меньше чем трубопровода необходимо учесть влияние переходных патрубков для этого:
Определим произведение
Определим отношения
Поправка на влияние переходных патрубков
Следовательно уточненный Kdyy:
Примем регулирующий орган имеющий Kdyy = 80 м3 ч и Dy=80мм.
Определим отношение перепада давления в линии к перепаду давления на РО при максимальном расходе:
Так как n15 то рекомендуется линейная характеристика.
Определим значение максимального расхода через РО:
Проверка рабочих диапазонов регулирующего органа
Определяем относительные значения расходов:
mmin = Qmin Q'max = 10 38 = 028
Определяем диапазон перемещений затвора регулирующего органа с линейной характеристикой при n=113:
Выбирая тип регулирующего органа отметим что основным преимуществом двухседельного регулирующего клапана является в значительной мере разгруженность затвора от одностороннего действия силы создаваемой динамическим давлением среды. Некоторая неуравновешенность усилий объясняется тем что по условиям сборки диаметр прохода верхнего седла делают больше диаметра нижнего седла. Кроме того в двухседельных регулирующих клапанах имеется возможность изготовления дросселирующих поверхностей различной конфигурации для получения нужной конструктивной и соответственно пропускной характеристик.
Учитывая то что рабочей средой является вода целесообразней будет выбрать регулирующий орган клапанного типа так как нет кристаллизаций и других примесей и вода очищена от механических примесей. На основании проведенных расчетов выбираем регулирующий орган типа двухседельного клапана с линейной пропускной характеристикой имеющий условную пропускную способность Кvy = 50 м3ч и диаметром условного прохода Dy = 65 мм.
Клапан регулирующий двухседельный фланцевый под дистанционное управление от МЭО-25025-025А-06КУ 25с201нж Dy 65
Сальниковая набивка
Разработка системы плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерацией отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды
В данном разделе разрабатывается система автоматического переключения на регенерацию Na-катионитовых фильтров 2 ступени умягчения воды при превышении заданной щелочности воды и система автоматического управления процессом регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени составляется алгоритм на основании которого выполняется программная реализация на контроллере SIMATIC S7-300 фирмы SIEMENS. Производится имитационное моделирование алгоритма на основе сетей Петри. Это повысит качество процесса и снизит поступающие возмущения.
1Постановка проблемы
Водно-химический режим должен обеспечивать работу котла и питательного тракта без повреждения их элементов вследствие отложений накипи и шлама повышения относительной щелочности котловой воды до опасных пределов или в результате коррозии металла.
При большом насыщении котловой воды солями и наличии в ней большого количества шлама во время открытия регулятора происходят явления вспенивания и уноса воды с паром в элементы транспортного трубопровода пара. Это вызывает отложение в элементах труб солей которые ухудшают теплопередачу влекут перегрев элементов и их прогорание. Существуют нормы качества котловых вод которые определяются допустимым предельным содержанием в воде солей шлама щелочи и других примесей. При соблюдении этих норм в котле не отлагается накипь и не происходит вспенивание коррозия металла котел обеспечивает хорошее парообразование и работает экономично.
Характерным показателем качества воды является щелочность определяется суммарным содержанием в ней анионов и измеряется в миллиграмм-эквивалентах на литр воды.
В настоящее время щелочность воды подаваемой в барабан котла измеряется лабораторным методом примерно раз в час и при необходимости производится переключение между Na-катионитовыми фильтрами.
При умягчении исходной воды на установках Na-катионирования происходит замена ионов кальция на ионы натрия при этом общее количество солей до и после умягчения остается постоянным. При испарении воды в котле концентрация солей увеличивается и может достичь критического значения при котором начинается вспенивание. В результате происходит заброс котловой воды в паропровод «потеря» уровня и другие отрицательные явления.
Нормативное солесодержание котловой воды дается заводом-изготовителем для котла каждого типа. В нашем случае щелочность котловой воды регламентируется в переделе 20 мг-эквл.
2Способ решения проблемы
Для того чтобы избавится от данной проблемы предлагается вести непрерывный контроль щелочности воды подаваемой в паровой котел датчиком контроля щелочности фирмы “Endress+Hauser” поз. 1а (Рис. 13.1). Это позволить заранее видеть состояние щелочности воды предназначенной для подачи в паровой котел и при достижении щелочности выше 30мг эквлитр производить плавное переключение работы фильтров с дальнейшем включением на автоматическую регенерацию отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды.
На этапе поступления воды в паровой котел после катионитовых фильтров второй ступени для того чтобы избежать скачка уровня при изменении щелочности воды при изменении фильтрующей установки. Необходимо производить постепенное прекращение подачи воды с Na-кат фильтра 2 ступени №1 регулирующим клапаном Р.К.1 в тоже время постепенное открытие регулирующего клапана Р.К. 2 на выходе подготовленной воды из Na-кат фильтра №2. Конечные выключатели исполнительный механизмов необходимо будет настроить на конечные положения при которых регулирующий орган будет полностью открыт или закрыт. На входе каждого из фильтров стоят отсекающие клапана. На входе фильтра №1 установлен отсекающий клапан О.К.1.1 на входе фильтра №2 установлен отсекающий клапан О.К. 2.1.
Алгоритм плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра следующий.
После фильтров установлен датчик непрерывного измерения щелочности поз. 1а. При нормальной работе фильтров щелочность составляет 20 мг эквлитр. Как только щелочность превысит 30 мг эквлитр произойдет автоматическое переключение между используемыми фильтрами №1и №2. Алгоритм анализирует состояние клапанов О.К.1.1 и О.К.2.1 и выбирает алгоритм открытия регулирующих клапанов Р.К.1 и Р.К.2. Если открыт клапан О.К.2.1 изначально значит в работе фильтр №2 и следовательно клапан Р.К.2 открыт на «100%» тогда открывается отсечной клапан О.К.1.1 и происходит открытие регулирующего клапана Р.К.1 в положение «10%». Следующим шагом будет закрытие клапана Р.К.2 в положение «90%». Далее откроется регулирующий клапан Р.К.1 в положение «20%». И так далее пока не произойдет полное закрытие регулирующего клапана Р.К2 и полное открытие клапана Р.К.1. После этого закрывается отсекающий клапан О.К.2.1.
После закрытия отсекающего клапана О.К. 2.1 необходимо произвести автоматическую регенерацию отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды.
Процесс регенерации Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды включает следующие стадии:
взрыхление катионита;
регенерация катионита;
Открывается отсечной клапан О.К. 2.2 после этого открывается отсечной клапан О.К. 2.3 происходит взрыхление катионита в течение 20 минут. По завершению времени происходит закрытие отсечного клапана О.К. 2.3 после его закрытия закрывается отсечной клапан О.К. 2.2. Процесс взрыхление катионита закончен. Далее начинается процесс регенерации катионита для этого открывается отсечной клапан О.К. 2.4 после его открытия открывается отсечной клапан О.К. 2.5 происходит регенерации катионита в течение 15 минут. По завершению времени регенерации необходимо промыть катионит для этого закрывается отсечного клапана О.К. 2.5 после его закрытия открывается отсечной клапан О.К. 2.1. Отмывка катионита будет до тех пор пока жесткость сливной воды на выходе из фильтра не будет отвечать норме 20 мг-эквл. Жесткость сливной воды контролируется датчиком контроля щелочности фирмы “Endress+Hauser” поз. 3а (Рис. 13.1). После того как жесткость воды достигла 20 мг-эквл происходит закрытие отсечного клапана О.К. 2.1 после его закрытия закрывается отсечной клапан О.К. 2.4. Алгоритм плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра.
Если же изначально будет открыт отсекающий клапан О.К.1.1 значит в работе фильтр №1 и алгоритм будет открывать регулирующий клапан Р.К2 и закрывать Р.К.1 и производить регенерацию фильтра №1 в той же последовательность что была описана выше.
На рис. 13.2 показан алгоритм плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра.
Стадии алгоритма переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра
Последовательность операции
Условие выполнение операции
Анализ щелочности воды
Если щелочность более 30 мг эквл
Безударное переключение между фильтрами №1 и №2
Определение какой из фильтров №1 или №2 в работе
Анализ работы фильтров №1 или №2
Если открыт клапан ОК 1.1 то включается алгоритм открытия РК 2
Если открыт клапан ОК 2.1 то включается алгоритм открытия РК 1
Открытие РК 1 на 10%
Закрытие РК 2 на 90%
Открытие РК 1 на 20%
Закрытие РК 2 на 80%
Открытие РК 1 на 100%
Автоматическая регенерация Na-катионитового фильтра
Взрыхление катионита
Регенерация катионита
Если щелочность менее 20 мг эквл
Рисунок 13.1 - Схема фильтров
Рисунок 13.2 - Алгоритм плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра
Реализацию алгоритма произведем на контроллере SIMATIC S7-300 рис. 13.3.
Таблица символов программной реализации
Отсекающий клапан ОК 1.1 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 1.1 ЗАКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 1.2 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 1.2 ЗАКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 1.3 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 1.3 ЗАКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 1.4 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 1.4 ЗАКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 1.5 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 1.5 ЗАКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.1 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.1 ЗАКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.2 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.2 ЗАКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.3 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.3 ЗАКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.4 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.4 ЗАКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.5 ОТКРЫТ
Отсекающий клапан ОК 2.5 ЗАКРЫТ
Щелочность умягченной воды на деаэратор
Щелочность воды с фильтра №1
Щелочность воды с фильтра №2
Открытие Отсекающего клапана ОК 1.1
Открытие Отсекающего клапана ОК 1.2
Открытие Отсекающего клапана ОК 1.3
Открытие Отсекающего клапана ОК 1.4
Открытие Отсекающего клапана ОК 1.5
Открытие Отсекающего клапана ОК 2.1
Открытие Отсекающего клапана ОК 2.2
Открытие Отсекающего клапана ОК 2.3
Открытие Отсекающего клапана ОК 2.4
Открытие Отсекающего клапана ОК 2.5
Закрытие Отсекающего клапана ОК 1.1
Закрытие Отсекающего клапана ОК 1.2
Закрытие Отсекающего клапана ОК 1.3
Закрытие Отсекающего клапана ОК 1.4
Закрытие Отсекающего клапана ОК 1.5
Закрытие Отсекающего клапана ОК 2.1
Закрытие Отсекающего клапана ОК 2.2
Закрытие Отсекающего клапана ОК 2.3
Закрытие Отсекающего клапана ОК 2.4
Закрытие Отсекающего клапана ОК 2.5
Рисунок 13.3 - Программная реализация алгоритма плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра
3Имитационное моделирование на основе сетей Петри
Основным инструментом моделирования параллельных процессов а также процессов содержащих логическое условие перехода к следующей операции являются сети Петри [13].
Сетевая модель плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра представлена на рис.13.4.
Рисунок 13.4 - Сетевая модель алгоритма
Перед началом процесса переключения между фильтрами №1 и №2 и автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра анализируется щелочность воды и состояние клапанов ОК 1.1 и ОК 2.1.
Позиция ON_OK11 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 1.1 позиция ON_OK21 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 2.1 позиция PH1>30 моделирует состояние когда щелочность умягченной воды превысила 30 мг эквлитр.
Фрагмент сети T0Т1Т2Т3UON_OK21ON_RK2OFF_OK11OFF_RK1и T0(1)
Т1(1)Т2(1)Т3(1)UON_OK11ON_RK1OFF_OK21OFF_RK2 моделирует переключение между фильтрами №1 и №2. Переход Т0 моделирует процесс открытия клапана ОК 2.1 переход Т0(1) соответственно моделирует процесс открытия клапана ОК 1.1. Позиция ON_OK21 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 2.1 позиция ON_OK11 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 1.1. Переход Т1 моделирует процесс открытия регулирующего клапана РК 2 переход Т1(1) соответственно моделирует процесс открытия регулирующего клапана РК 1. Позиция ON_RK2 моделирует состояние открытого регулирующего клапана РК 2 на 100% позиция ON_RK1 моделирует состояние открытого регулирующего клапана РК 1 на 100%. Переход Т2 моделирует процесс закрытия отсечного клапана ОК 1.1 переход Т2(1) соответственно моделирует процесс закрытия отсечного клапана ОК 2.1. Позиция OFF_OK11 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 1.1 позиция OFF_OK21 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 2.1. Переход Т3 моделирует процесс закрытия регулирующего клапана РК 1 переход Т3(1) соответственно моделирует процесс закрытия регулирующего клапана РК 2. Позиция OFF_RK1 моделирует состояние закрытого регулирующего клапана РК 1 на 0% позиция OFF_RK2 моделирует состояние закрытого регулирующего клапана РК 2 на 0%.
Фрагмент сети T4Т5Т6Т7Т8Т9Т7Т10Т11Т12Т13Т14UON_OK12 ON_OK13 OFF_OK13 OFF_OK12 ON_OK14 ON_OK15 OFF_OK15 ON_OK11 OFF_OK11 OFF_OK14 и T4(1)Т5(1)Т6(1)Т7(1)Т8(1)Т9(1)Т7(1)Т10(1)Т11(1)Т12(1)Т13(1)Т14(1)
UON_OK22 ON_OK23 OFF_OK23 OFF_OK22 ON_OK24 ON_OK25 OFF_OK25 ON_OK21 OFF_OK21 OFF_OK24 моделирует автоматическую регенерацию Na-катионитового фильтра №1 и №2.
Первый этап регенерации Na-катионитового фильтра – «взрыхление катионита» моделируется на фрагменте сети T4Т5Т6Т7UON_OK12ON_OK13OFF_OK13OFF_OK12 и T4(1)Т5(1)Т6(1)Т7(1)UON_OK22ON_OK23OFF_OK23OFF_OK22.
Переход Т4 моделирует процесс открытия клапана ОК 1.2 переход Т4(1) соответственно моделирует процесс открытия клапана ОК 2.2. Позиция ON_OK12 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 1.2 позиция ON_OK22 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 2.2. Переход Т5 моделирует процесс открытия клапана ОК 1.3 переход Т5(1) соответственно моделирует процесс открытия клапана ОК 2.3. Позиция ON_OK13 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 1.3 позиция ON_OK23 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 2.3. Переход Т6 моделирует процесс закрытия клапана ОК 1.3 по истечении времени взрыхления – 20 минут переход Т6(1) соответственно моделирует процесс закрытия клапана ОК 2.3 по истечении времени взрыхления – 20 минут. Позиция OFF_OK13 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 1.3 позиция OFF_OK23 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 2.3. Переход Т7 моделирует процесс закрытия клапана ОК 1.2 переход Т7(1) соответственно моделирует процесс закрытия клапана ОК 2.2. Позиция OFF_OK12 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 1.2 позиция OFF_OK22 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 2.2.
Второй этап регенерации Na-катионитового фильтра – «регенерация катионита» моделируется на фрагменте сети T8Т9Т10UON_OK14ON_OK15OFF_OK15 и T8(1)Т9(1)Т10(1)UON_OK24ON_OK25OFF_OK25. Переход Т8 моделирует процесс открытия клапана ОК 1.4 переход Т8(1) моделирует процесс открытия клапана ОК 2.4. Позиция ON_OK14 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 1.4 позиция ON_OK24 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 2.4. Переход Т9 моделирует процесс открытия клапана ОК 1.5 переход Т9(1) моделирует процесс открытия клапана ОК 2.5. Позиция ON_OK15 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 1.5 позиция ON_OK25 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 2.5. Переход Т10 моделирует процесс закрытия клапана ОК 1.5 по истечении времени регенерации – 15 минут переход Т10(1) соответственно моделирует процесс закрытия клапана ОК 2.5 по истечении времени регенерации – 15 минут. Позиция OFF_OK15 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 1.5 позиция OFF_OK25 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 2.5.
Третий этап регенерации Na-катионитового фильтра – «отмывка катионита» моделируется на фрагменте сети T11Т12Т13UON_OK11OFF_OK11OFF_OK14 и T11(1)Т12(1)Т13(1)UON_OK21OFF_OK21OFF_OK24. Переход Т11 моделирует процесс открытия клапана ОК 1.1 переход Т11(1) моделирует процесс открытия клапана ОК 2.1. Позиция ON_OK11 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 1.1 позиция ON_OK21 моделирует состояние открытого отсечного клапана ОК 2.1. Позиция PH220 и PH320 моделирует состояние когда щелочность сливной воды менее 20 мг эквлитр что дает разрешение на продолжение алгоритма. Переход Т12 моделирует процесс закрытия клапана ОК 1.1 переход Т12(1) соответственно моделирует процесс закрытия клапана ОК 2.1. Позиция OFF_OK11 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 1.1 позиция OFF_OK21 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 2.1. Переход Т13 моделирует процесс закрытия клапана ОК 1.4 переход Т13(1) моделирует процесс закрытия клапана ОК 2.4. Позиция OFF_OK14 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 1.4 позиция OFF_OK24 моделирует состояние закрытого отсечного клапана ОК 2.4.
Переход Т14 моделирует процесс завершения автоматической регенерации Na-катионитового фильтра №1 переход Т14(1) соответственно моделирует процесс завершения автоматической регенерации Na-катионитового фильтра №2. Позиция Р26 моделирует состояние завершения автоматической регенерации Na-катионитового фильтра №1 Р26(1) моделирует состояние завершения автоматической регенерации Na-катионитового фильтра №2.
Таким образом модель адекватно отражает топологию переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра. Программная реализация ДН-сети является имитационной моделью процесса реализованной не в виде традиционного алгоритмического описания а на математической схеме ДН-сетей. Следовательно для модели применимы все методы анализа теории сетей Петри. Программная реализация выполнена в пакете PIPE3: Platform Independent Petri Net Editor 3.0.
В данном разделе разработана система автоматического переключения на регенерацию Na-катионитовых фильтров 2 ступени умягчения воды при превышении заданной щелочности воды и система автоматического управления процессом регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени. С помощью которой при достижении щелочности выше 30мг эквлитр произойдет плавное переключение работы фильтров с дальнейшем включением на автоматическую регенерацию отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды. Это позволило своевременно и в автоматическом режиме переключать фильтры что в свою очередь снизило скачки уровня в барабане котла и повысило качество регулирования в целом.
На основании этого составлен алгоритм плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра и реализован на контроллере SIMATIC S7-300 фирмы SIEMENS. Также данный алгоритм был смоделирован в пакете PIPE3: Platform Independent Petri Net Editor 3.0. на основе сетей Петри. [1314]
Надежность средств автоматики
Расчет надежности каскадной системы автоматического регулирования (управления)
Для оценки поведения автоматической системы в эксплуатационных условиях используется понятие надежности системы. При эксплуатации автоматическая система может подвергаться воздействию: механических нагрузок (вибраций ударов постоянного ускорения); электрических нагрузок (напряжения электрического тока мощности); окружающих условий (температура влажность давление).
Влияние указанных факторов проявляется в виде отклонений параметров системы от номинальных (расчетных) значений. Эти отклонения могут быть настолько значительными что система становится непригодной к использованию так как возникновение больших отклонений параметров от расчетных значений при эксплуатации системы приводит к аварии или к появлению брака в выпускаемой продукции.
Когда система перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям систему считают отказавшей. Следовательно надежность является одной из характеристик качества системы поэтому она как и другие характеристики системы (точность быстродействие) должна оцениваться количественно на основе анализа технических параметров системы в эксплуатационных условиях.
Надежность – свойство системы сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров характеризующих способность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации.
Для расчета надежности каскадной системы регулирования уровня в барабане котла составим структурную модель каскадной системы (рис. 14.1).
Рисунок 14.1 - Структурная модель каскадной системы
Структурная схема каскадной системы где:
Составляем структурную схему системы подлежащей расчету:
Рисунок 14.2 - Структурная схема каскадной системы
Где: Д1 - датчик перепада давления Rosemount 3051
КОНТ – контроллер SIMATIC S7-300;
МЭО - Механизм электрический однооборотный с аналоговым управлением 4-20 мА с датчиком положения токовым с выходным сигналом 4-20мА МЭО-25025-025А-06К У;
РО - регулирующий орган;
Д2 - преобразователь расхода вихревой Rosemount 8800D.
Исходные данные записываем в таблицу 14.1.
Наименование элемента
Датчик перепада давления Rosemount 3051CD
Вероятность безотказной работы Pпд=099
Вероятность отказа линий связи за t = 2000 ч. qлс=0004
Среднее время наработки на отказ 200000 ч.
Механизм электрический однооборотный
МЭО-25025-025А-06К У
Вероятность безотказной работы Pмэо=099
Вероятность безотказной работы Pро=099
Преобразователь расхода вихревой Rosemount 8800D
Вероятность безотказной работы Pпрв=099
Принимаем что закон распределения отказов – экспоненциальный.
Рассчитываем вероятность безотказной работы (ВБР) каждого элемента:
ВБР датчика перепада давления Pпд = 099 ;
ВБР линий связи Pлс=1- qлс
Pлс = 1 - 0004 = 0996 ;
ВБР контроллера SIMATIC S7-300 определяется следующим образом:
Так как принят экспоненциальный закон надежности то
Pк = EXP·(-λ·t) т.к. λ = 1T
Pк = EXP·(-2000200000) = 099;
ВБР механизма электрического однооборотного Pмэо = 099 ;
ВБР регулирующего органа Pро = 099 ;
ВБР преобразователеля расхода Pпрв = 099 .
Тогда вероятность безотказной работы каскадной системы регулирования уровня в барабане котла определится следующим образом:
Ркан = Pпд · Pлс · Pк · Pлс · Pмэо · Pро · Pлс · Pпрв
Ркан = 099 · 0996 · 099 · 0996 · 099 · 099 · 0996 · 099 = 09396
Вывод: Рекомендуемый в научно-технической литературе уровень надежности средств и систем автоматизации должен быть не менее 09 ÷ 095. Так как рассчитанная вероятность безотказной работы каскадной системы регулирования уровня в барабане котла выше 09 то можно сделать вывод о том что данный системы регулирования обеспечивает достаточную надежность работы.
Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Охрана труда - система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности включающая правовые социально-экономические организационно-технические санитарно-гигиенические лечебно-профилактические реабилитационные и иные мероприятия.
Возможность создания безопасных и здоровых условий труда заложена в самом способе производства в широком использовании достижений науки и техники. Охрана здоровья рабочих и служащих в процессе исполнения трудовых обязанностей закреплена в трудовом законодательстве непосредственно направленном на создание безопасных и здоровых условий труда. Важные положения об охране труда закреплены в четырех главах Основ законодательства. Кроме того разработаны и введены в действие многочисленные правила техники безопасности санитарии нормы и правила соблюдение которых обеспечивает безопасность труда.
В статье 42 Конституции Российской Федерации закреплено неотъемлемое право российских граждан на охрану здоровья а в статье 21 записано: "Государство заботится об улучшении условий и охране труда его научной организации о сокращении а в дальнейшем вытеснении тяжелого физического труда на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов во всех отраслях народного хозяйства".
Ответственность за состояние охраны труда несет администрация предприятий организаций и учреждений.
Администрация предприятий обязана обеспечивать надлежащее техническое оснащение всех рабочих мест и создавать на них условия работы соответствующие правилам охраны труда техники безопасности санитарным нормам.
Основными направлениями государственной политики в области охраны труда являются:
признание и обеспечение приоритета жизни и здоровья работников по отношению к результатам производственной деятельности предприятия;
координация деятельности в области охраны труда в других областях экономической и социальной политики а также в области охраны окружающей природной среды;
установление единых нормативных требований по охране труда для предприятий всех форм собственности независимо от сферы хозяйственной деятельности и ведомственной подчиненности;
государственное управление деятельностью в области охраны труда включая государственный надзор и контроль за соблюдением законодательных и иных нормативных актов об охране труда;
общественный контроль за соблюдением законных прав и интересов работников в области охраны труда на производстве осуществляемый работниками через профессиональные союзы в лице их соответствующих органов и иные уполномоченные работниками представительные органы;
взаимодействие и сотрудничество органов государственного управления надзора и контроля с работодателями профессиональными союзами в лице их соответствующих органов и иными уполномоченными работниками представительными органами заинтересованными в разработке и практической реализации государственной политики в области охраны труда;
проведение эффективной налоговой политики стимулирующей создание здоровых и безопасных условий труда разработку и внедрение безопасных техники и технологий средств коллективной и индивидуальной защиты работников;
применение экономических санкций в целях соблюдения предприятиями и работниками нормативных требований по охране труда;
обеспечение работников специальной одеждой специальной обувью средствами коллективной и индивидуальной защиты лечебно-профилактическим питанием необходимыми профилактическими средствами за счет средств работодателей;
обязательное расследование каждого несчастного случая и профессионального заболевания на производстве;
установление компенсаций и льгот за тяжелые работы и работы с вредными или опасными условиями труда не устранимыми при современном техническом уровне производства и организации труда;
защита интересов работников пострадавших от несчастных случаев на производстве или получивших профессиональные заболевания а также членов их семей;
подготовка специалистов в области охраны труда в том числе в образовательных учреждениях высшего и среднего профессионального образования;
установление государственной статистической отчетности об условиях труда о несчастных случаях на производстве и профессиональных заболеваниях;
информирование работников о состоянии условий и охраны труда на предприятиях;
осуществление мероприятий по пропаганде передового опыта в области охраны труда;
международное сотрудничество при решении проблем охраны труда.
Охрана труда рассматривается как одно из важнейших социально-экономических санитарно-гигиенических и экономических мероприятий направленных на обеспечение безопасных и здоровых условий труда.
На всех производственных участках комбината осуществлён комплекс технических мероприятий обеспечивающих безопасность и сохранение здоровья обслуживающего персонала при условии выполнения всеми работниками основных требований правил безопасности и промсанитарии технологических и рабочих инструкций а также соблюдения правил внутреннего трудового распорядка и производственной дисциплины.
2Свойства используемых и получаемых веществ
Котел ДКВР-20-13 относится к категории взрывопожароопасным производствам и характеризуется наличием в системе вредных (токсичных) веществ высоких температур и давлений.
К персоналу задействованному в работе системы относятся:
) эксплуатационный персонал системы - это технологический персонал эксплуатирующий технологический объект в условиях функционирования АСУТП (оператор).
) обслуживающий персонал системы – это персонал обеспечивающий работоспособность системы.
Обслуживание локальной части (полевой уровень) системы должно выполняться существующими в производстве службами КИП и А.
Обслуживание МПК рабочей станции (компьютера) и программного обеспечения системы может осуществляться отделом АСУ ТП и подразделениями автоматизации производства.
Вредный производственный фактор — фактор среды и трудового процесса который может вызвать профессиональную патологию временное или стойкое снижение работоспособности повысить частоту соматических и инфекционных заболеваний привести к нарушению здоровья.
Опасный производственный фактор — фактор среды и трудового процесса который может быть причиной острого заболевания или внезапного резкого ухудшения здоровья смерти. В зависимости от количественной характеристики и продолжительности действия отдельные вредные производственные факторы могут стать опасными.
Перечень ОПФ и ВПФ определен ГОСТом 12.0.003-74 «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация». Согласно этому ГОСТу факторы делятся на:
биологические факторы;
психологические факторы.
Повышенная температура поверхностей оборудования и воздуха рабочей зоны. К ним относятся: оборудование находящееся в работе под высоким давлением высокой температуре (трубопроводы пара и горячей воды) t воздуха рабочей зоны в летний период в районе пароперегревателей котлов доходит до + 50°С.
Повышенный уровень шума до 80 дБ и вибрации до 112 ммс на рабочем месте от вращающихся механизмов и дросселирования через арматуру перегретого пара.
Повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны. Применение в качестве источника тепла попутного газа проведение ремонтно-строительных работ может привести к образованию в воздухе рабочей зоны асбоцементной пыли стеклянных и минеральных волокон окислов азота серы и т.п.
Наименование вещества
Пределы воспламеняемости горючих газов в воздухе % по объему
Склонность к самовоспламенению
Средства индивидуальной защиты
самоспасатели СПИ-20 ПДУ-3
Психофизиологические:
Физические перегрузки.
Нервно-психические перегрузки.
Данный вид вредных факторов возникает в связи с необходимостью постоянного контроля за работающим оборудованием возможностью возникновения аварийной ситуации непрерывностью производства.
При производстве тепловой энергии не выделяется вредных веществ в количестве которое вызывает за собой необходимость постоянного ношения средств защиты органов дыхания.
Безопасная работа установки зависит от квалификации обслуживающего персонала соблюдения требований и правил безопасного ведения технологического процесса пожарной и газовой безопасности электробезопасности правильной технологической эксплуатации оборудования и коммуникаций соблюдение норм технологического режима. К работе допускаются лица прошедшие инструктаж по охране труда теоретическое и практическое обучение по безопасным методам работы сдавшие экзамен на допуск к самостоятельной работе.
Работы ведутся при исправном оборудовании строго выдерживаются параметры технологической карты соблюдаются все инструкции имеющиеся на каждом рабочем месте. Постоянно вести контроль над состоянием всех систем сигнализации приборов контроля и автоматики.
Пожароопасность установки заключается:
в наличии высоких температур;
в наличии горючего природного газа.
Наиболее опасными местами в котельной БКПРУ-3 являются помещения топки и трубные магистрали.
3Классификация производства
По степени пожароопасности помещения производства парокотельного цеха относятся к категории «Г».
Производственное здание паровой котельной входит в состав производства калийных солей которое относится к классу II - санитарно-защитная зона определена в 500 м.
По Степени огнестойкости здания сооружения относится ко II классу.
Основные неблагоприятные санитарно-гигиенические факторы производственной среды и их действие на организм человека.
Метеорологические условия производственной среды (температура влажность скорость движения воздуха) оказывают значительное влияние на протекание жизненных процессов в организме человека и являются важной характеристикой гигиенических условий труда. Высокая температура и высокая влажность приводят к тепловым ударам и судорожной болезни. Низкие температуры особенно при интенсивном движении воздуха вызывают переохлаждение организма. Систематическое воздействие холода может привести к постоянному ознобу обморожению хроническим простудным заболеваниям.
Оптимальные показатели температуры воздуха распространяются на всю рабочую зону допустимые показатели устанавливаются дифференцированно для всех рабочих мест. В холодный период года колеблется от 16 до 24 0С в теплый – от 18 до 25 °С. Оптимальная влажность воздуха 40 – 60 % устанавливается. Допустимая влажность воздуха устанавливается в зависимости от периода года и видов выполняемых работ. Оптимальная скорость движения воздуха от 01 до 04 мс зависит от периода и категории выполняемых работ.
Для гигиенической оценки воздуха производственных помещений большое значение имеет его электрическое состояние. Под влиянием ряда ионизирующих факторов воздух насыщается ионами положительной и отрицательной полярности. Отрицательные ионы нормализуют артериальное давление обмен веществ повышают устойчивость организма к недостатку кислорода охлаждению. Положительные – оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека.
Шум. Действие шума зависит от силы частоты продолжительности и регулярности звука. При длительном воздействии шума поражаются органы слуха и нервной системы. Высокочастотные шумы переносятся организмом человека тяжелее чем низкочастотные. Наибольший допустимый уровень шума – 80Дб. Способы защиты от шума: гашение в источнике шумоизоляция и шумопоглащение средства индивидуальной защиты.
Вибрация. Вибрации высокой интенсивности при продолжительном воздействии на организм человека вызывают изменения нервной и сердечно-сосудистой системы опорно-двигательного аппарата желудочно-кишечного тракта органов равновесия и др. Особую опасность вибрация представляет для центральной нервной системы головного и спинного мозга.
По способу передачи на человека различают общую и локальную вибрацию. Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека. Локальная вибрация передается через руки человека.
По временной характеристике различается: постоянная и не постоянная вибрация. Норма локальной вибрации меньше 109 – 115дБ.
Производственная пыль. Тонкодисперсные частицы твердых веществ образующиеся при различных производственных процессах (дроблении размоле просеивании транспортировке расфасовке и т.д.) и свободные длительное время находится во взвешенном состоянии в воздухе являются производственной пылью. Вредное воздействие пыли на организм зависит от дисперсности массы растворимости электрозаряженности твердости и формы пылинок. заболевание легких связанное с воздействием на них производственной пыли носят название пневмокониозов.
Способы защиты от пыли: замена технологического процесса орошение вентиляция вытяжка местные укрытия и средства индивидуальной защиты.
4Мероприятия по технике безопасности
К обслуживанию установок работающих под давлением допускаются лица достигшие 18 лет и имеющие соответствующее квалификационное удостоверение.
Котельные помещения строят из несгораемых материалов без чердачных перекрытий. Фронт всех котлов должен быть расположен по прямой линии и обращен к окнам котельной. Расстояние от фронта котла до противоположной стены должно быть не менее 3 м ширина проходов между котлами а также между котлом и стенами здания — не менее 1 м.
В котельных с площадью пола до 200 м2 разрешается устраивать один выход а при большей площади должно быть два выхода.
Котельные должны иметь достаточное естественное и искусственное освещение. Для электрических ламп находящихся на высоте до 25 м напряжение в осветительной сети не должно превышать 36 В.
Запрещается хранение в котельной легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. Все проходы в котельном помещении и все выходы наружу должны быть свободными.
В котельной должен быть телефон или сигнальное устройство для экстренного вызова администрации. Паровые котлы с давлением свыше 07 кгссм2 могут быть пущены в эксплуатацию только после разрешения органа Госгортехнадзора. Установка котлов регистрируемых в органах Госгортехнадзора в жилых общественных и бытовых зданиях а также в примыкающих к ним помещениях не разрешается.
После регистрации парового котла инспектор котлонадзора производит техническое освидетельствование и результаты записывает в специальный паспорт где указывается срок следующего освидетельствования и наибольшее допустимое рабочее давление.
Для обеспечения безопасных условий эксплуатации котлы (сосуды) должны быть оборудованы приборами для измерения давления и температуры предохранительными устройствами запорной арматурой и указателями уровня жидкости.
Для отключения парового котла от потребителей пара используют парозапорные вентили и задвижки. С целью контроля уровня воды в паровом котле применяются водоуказательные приборы (водоуказательные стекла и контрольные краны) а также контрольные пробки.
В случае пожара в котельной необходимо немедленно вызвать пожарную команду и одновременно принять меры к его тушению. После устранения аварии или пожара производят запись в вахтенном журнале. О каждой аварии и каждом несчастном случае при обслуживании котлов уведомляют инспектора котлонадзора который занимается их расследованием.
Мероприятия по технике безопасности при производстве строительно-монтажных работ на действующих предприятиях разрабатывают и утверждают заказчик и подрядчик на основе требований СНиП Ш-А П-85.
Устройство и обслуживание котельных установок должны соответствовать Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов Правилам взрывобезопасности установок для приготовления и сжигания топлива в пылевидном состоянии Правилам взрывобезопасности при использовании мазута в котельных установках и Правилам безопасности в газовом хозяйстве.
Предохранительные и взрывные клапаны котла (пароводяного тракта топки и газоходов) должны иметь отводы для удаления пароводяной смеси и взрывных газов при срабатывании клапанов за пределы рабочего помещения в места безопасные для обслуживающего персонала или должны быть ограждены отбойными щитами со стороны возможного нахождения людей.
Запрещается заклинивать предохранительные клапаны работающих котлов или увеличивать нажатие на тарелки клапанов путем увеличены массы груза или каким-либо другим способом. Грузы рычажных предохранительных клапанов должны быть застопорены и запломбированы так чтобы исключалась возможность их самопроизвольного перемещения.
К форсункам котла должен быть обеспечен свободный удобный доступ для обслуживания и ремонта. Во избежание ожогов при обратном ударе пламени на отверстиях для установки форсунок должны быть экраны а вентили регулирующие подачу топлива и воздуха к форсункам или их приводы должны располагаться в стороне от отверстий.
Запрещается во время обхода открывать люки лазы на котле за исключением кратковременного открытия смотровых лючков и гляделок при условии нахождения сбоку от них.
Запрещается зажигать топливо в топках при открытых лазах и гляделках. Смотровые лючки для постоянного наблюдения за факелом должны быть закрыты стеклом. У котлов работающих под наддувом должны быть предусмотрены устройства предотвращающие разрыв стекол. Персонал производящий осмотр должен надевать защитные очки.
Перед растопкой котла на нем должны быть прекращены все ремонтные работы а весь персонал не имеющий отношения к растопке выведен начальником смены цеха (блока). На соседних котлах должны быть прекращены все ремонтные работы выполняемые вне топок и газоходов на сторонах обращенных к растапливаемому котлу или находящихся в пределах прямой видимости от него (фронтовая и задняя стены потолочные перекрытия). Работы на котле возобновляются по указанию дежурного персонала.
При продувке нижних точек котлов сначала следует открывать полностью первый по ходу продуваемой среды вентиль затем постепенно второй. По окончании продувки надо сначала закрыть второй по ходу вентиль затем первый.
При внезапном прекращении подачи газа в котельную отключающие устройства на вводе газопровода в котельную и у котлов должны быть перекрыты а продувочные свечи на отключенном газопроводе открыты.
Запрещается стоять против открытых гляделок смотровых или шуровочных люков при осмотре или выполнении шуровочных работ.
Перед проведением импульсной (термоволновой) и других механизированных видов очистки поверхностей нагрева котла и регенеративных воздухоподогревателей персонал должен быть удален из зоны расположения очищаемых элементов котла. Осмотры и ремонт в этой зоне в период очистки запрещаются.
При выполнении работ внутри топки в ней одновременно должно находиться не менее 2 чел.
Персонал работающий в топке и на конвективных поверхностях нагрева котлов сжигающих мазут должен знать о вредности образующихся отложений и обмывочных вод и пользоваться при работе респираторами кислото- и щелочестойкими перчатками и рукавицами.
Запрещается использовать для влезания в топку или конвективную шахту котла лаз через который проходят сварочные кабели газоподводящие рукава или провода осветительной сети.
Электрические сборки распределительные устройства щиты должны запираться на замок для исключения поражения людей электротоком. Так же на дверях должны быть написаны предупреждающие знаки и надписи: «Высокое напряжение» «Опасно для жизни» «Стой Высокое напряжение»
При выполнении ремонтных работ эл. оборудования должны быть выполнены технические и организационные мероприятия согласно межотраслевых правил по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок которые были введены с 1 июля 2001г.
Корпуса электродвигателей: насосы вентиляторы компрессоры привода задвижек металлические корпуса кнопочных постов пультов управления должны быть заземлены. Заземляющий контур должен быть видимый и изготовлен из стали должен быть покрашен в черный цвет.
Вращающаяся части оборудования (соединительные муфты) должны быть защищены кожухами от случайного прикосновения и захвата.
Для предохранения головы от повреждения вызываемого падением случайных предметов используют защитные фибровые каски.
5Санитарно-технические мероприятия
Технологический процесс и применяемое оборудование в цехе учитывают требования действующего санитарного законодательства и в частности: нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) пыли CO2 в воздухе СO2 СO O2 в отходящих газах нормы естественного и искусственного освещения допустимые параметры шума и вибрации а также максимальную механизацию для уменьшения физических усилий предупреждения утомления рабочих.
Санитарные правила и гигиенические требования к технологическому процессу и производственному оборудованию направлены на максимальное возможное на современной стадии технологического процесса устранения производственных вредностей или их воздействия на работающих в целях оздоровления условий труда в целом повышения санитарной культуры производства.
Основными направлениями в организации технологического процесса удовлетворяющими требованиям гигиены и охраны труда промышленной санитарии и техники безопасности является:
комплексная механизация и автоматизация производственных операций (в возможных случаях) при дистанционном управлении ими;
непрерывность производственного процесса;
герметизация оборудования и аппаратуры;
теплоизоляция оборудования с большим тепловыделением;
автоматизация сигнализации хода процесса в отдельных операциях.
Электрическое освещение производственных помещений выполнено согласно норм:
освещенность рабочего места оператора не менее 400 люкс;
освещенность лестничных клеток не менее 10 люкс;
в помещении щитов приборов не менее 200 люкс.
Отопительные системы цеха обеспечивают температуру в зимний период не менее +16 +18 0С.
В цехе оборудованы гардеробные душевые туалетные производится механизированная стирка и ремонт спецодежды за счет предприятия.
Бытовые помещения. Нормами определён состав бытовых помещений в зависимости от степени токсичности и особых требований к чистоте производственных помещений.
В состав бытовых помещений предусмотрены гардеробные блоки помещение для стирки уборные места для курения. Гардеробный блок объединяет гардеробную душевую и умывальное помещение. Число мест для хранения одежды в гардеробной принимается равным числу работающих. Хранение уличной и домашней одежды и спецодежды отдельное. Число душевых сеток и умывальников: 3 человека на 1 душевую сетку и 15 человек на 1 умывальник.
Так же следует соблюдать правила личной гигиены т.е. не хранить одежду на рабочем месте не одеваться и не раздеваться на рабочем месте не принимать пищу на рабочем месте и т.д.
К индивидуальным средствам защиты относятся выдаваемые работающим согласно отраслевым нормам:
спецодежда (костюм брезентовый или хб для наружных работ зимой – куртка ватная костюм ватный) по ГОСТ 12.4.016-83(01); ГОСТ 12.4.100-80(02).
обувь (сапоги резиновые ботинки кожаные для наружных работ зимой – валенки бурки) по ГОСТ 12.4.103-83(02).
СИЗ работающих (противогаз «В» диэлектрические перчатки калоши респиратор рукавицы брезентовые или хб предохранительные пояса противошумные наушники) по ГОСТ 12.1.009-76 ГОСТ 12.4.041-01(с попр. 02); ГОСТ 12.4.119-82 ГОСТ 12.4.107-82(02).
Каждый рабочий должен быть одет в хорошо подогнанную и исправную спецодежду. Стирка спецодежды производится в прачечной комбината.
6Пожарная безопасность
Ответственность за соблюдение и выполнение требований и правил пожарной безопасности в цехе возлагается на начальника цеха. Ответственность за непринятие надлежащих мер по соблюдению противопожарного режима и за неисправность противопожарного оборудования в каждой смене возлагается на старшего машиниста.
Рабочие и ИТР цеха проходят инструктаж по правилам пожарной безопасности при приеме на работу.
Лица ответственные за пожарную безопасность обязаны:
знать и выполнять правила противопожарного режима и осуществлять постоянное наблюдение за их выполнением всеми работниками цеха;
знать степень огнестойкости и взрывоопасности производства и употребляемых для них материалов;
знать количество средств пожаротушения место их расположения;
знать назначение противопожарных средств уметь с ними обращаться правильно их применять.
Расположение противопожарных средств:
а) места расположения противопожарных средств определяют совместно представитель пожарной охраны и администрация цеха;
б) в цехе применяются следующие средства пожаротушения:
песок ящики с песком устанавливаемые на всех рабочих местах: около слесарной мастерской; около центрального входе и т.д.
пожарные краны расположены: около каждого котла; около центрального входа;
огнетушители ОХП-10 ОПУ-5 ОУ-2 установлены из расчета 1на 300 м2 – всего 30 шт.
Тушение пожаров участие персонала в тушении пожаров:
Старший мастер и технологический персонал смены прибывшие на место пожара выполняют следующие операции:
а) в первую очередь нужно устранить причину пожара не допускать поступления в очаг пожара свежих горючих веществ;
б) организовать тушение пожара первичными средствами пожаротушения;
в) сообщить о случившемся:
аварийно-спасательной службе;
г) эвакуировать из помещения лиц не занятых тушением пожара или ведением технологического процесса;
д) принять решение о дальнейшей работе технологического оборудования.
7Расчет предохранительного клапана на пару котла ДКВР 20-13
Воспользуемся методом определения требуемой безопасной площади разгерметизации который изложен в правилах пожарной безопасности.
Настоящий метод предназначен для определения безопасной площади разгерметизации оборудования и помещений. Такая площадь сбросного сечения предохранительного устройства вскрытие которой в процессе сгорания смеси внутри оборудования или помещения позволяет сохранить последние от разрушения или деформации в которых обращаются горючие газы жидкости или пыли способные создавать с воздухом взрывоопасные смеси сгорающие ламинарно или турбулентно во фронтальном режиме.
Безопасную площадь разгерметизации определяют по расчетным формулам на основе данных о параметрах оборудования показателях пожаровзрывоопасности горючих смесей условиях возникновения и развития процесса.
Метод устанавливает зависимость безопасной площади разгерметизации от объема оборудования или помещения и максимально допустимого давления внутри него давления и температуры технологической среды термодинамических и термокинетических параметров горючей смеси условий истечения степени турбулентности.
Основный исходные данные:
V – объем барабана котла 49м3;
Ризб.макс – максимальное избыточное давление в барабане котла не допустимое в эксплуатационном режиме 16 МПа.
Тпара – температура пара внутри барабана котла 195 °С.
Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями
Безопасную площадь разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями определяют по следующим безразмерным критериальным соотношениям:
для сосудов рассчитанных на максимальное относительное давление взрыва 1 2 (при одновременном выполнении условия pm > 2р') в знаменателе формулы (1) сомножитель ( — 1) отсутствует и
для сосудов выдерживающих давление взрыва в диапазоне относительных значений
В формулах (1) и (2) приняты следующие обозначения (индексы i е т относятся соответственно к начальным параметрам параметрам горючей смеси характеристикам горения в замкнутом сосуде максимальным допустимым значениям):
c — фактор турбулентности представляющий собой в соответствии с принципом Гуи-Михельсона отношение действительной поверхности фронта пара в аппарате к поверхности сферы находящиеся в данный момент времени внутри сосуда.
— относительное максимально допустимое давление в сосуде которое не приводит к его деформации и (или) разрушению где:
рm — абсолютное максимально допустимое давление внутри сосуда которое не приводит к его деформации и (или) разрушению. МПа;
— относительное максимальное давление взрыва данной горючей смеси в замкнутом сосуде где:
рe — абсолютное максимальное давление взрыва данной горючей смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси р
Комплекс подобия W представляет собой с точностью до постоянного множителя произведение двух отношений — эффективной площади разгерметизации к внутренней поверхности сферического сосуда равного объема и скорости звука в исходной смеси к начальной нормальной скорости пламени:
m — коэффициент расхода при истечении свежей смеси и (или) продуктов сгорания через устройство взрыворазрежения (предохранительная мембрана клапан разгерметизатор и т.п.);
F — площадь разгерметизации (сбросного сечения) м2;
V — максимальный внутренний объем сосуда в котором возможно образование горючей газопаровой смеси м3;
R — универсальная газовая постоянная равная 8314 Дж (кмоль · К);
— температура горючей смеси в нашем случае пара К;
— нормальная скорость распространения пара при начальных значениях давления и температуры пароводяной смеси мс.
Рассчитаем нормальную скорость распространения пара:
где — известное значение нормальной скорости при давлении р0 и температуре Т0;
п и т — соответственно барический и температурный показатели.
В диапазоне давлений от 004 до 100 МПа и температур от 293 до 500 К для стехиометрических смесей метана пропана гсксана гептана ацетона изопропанола и бензола с воздухом барический показатель с ростом давления и температуры свежей смеси увеличивается и находится в диапазоне от 31 до 06. При значениях давления и температуры близких к атмосферным барический и температурный показатели для горючих паровоздушных смесей могут быть приняты в первом приближении соответственно равными п = -05 и т = 20.
Выражение для комплекса подобия W в соответствии с (3) и определенными значениями и Мi может быть записано в виде
где F— площадь разгерметизации м2.
Следовательно критериальное соотношение (Т.2) относительно F можно записать в виде
Предположим что c = 4 при m = 08 . При этом минимальная площадь разгерметизации F = 001 м2
Из форумулы расчета площади вычислим минимальный диаметр проходного отверстия:
r=(F)0.5= (001314)05=0051м
Диаметр составляет минимум 100мм.
В соответствии с этими расчетами подберем предохранительный клапан минимального диаметра 100мм. СППК4Р-100-16.
Рисунок 15.1 - Предохранительный клапан СППК. Внешний вид
СППК - сбросные пружинные предохранительные клапаны предназначены для защиты различного промышленного оборудования от недопустимого превышения установленного давления. СППК применяюбтся в промышленных резервуарах водогрейных и других котлах технических емкостях и трубопроводах для автоматического сброса рабочей среды в атмосферу (газ пар) или отводящий трубопровод (жидкость). После снижения давления до нужного предела предохранительный клапан прекращает сброс. Расчет пропускной способности производится по ГОСТ 12.2.085.
Предохранительные клапаны СППК изготавливаются из стали марок 20Л 20ГЛ 12Х18Н9ТЛ 12Х18Н12М3ТЛ с фланцевым соединением с переключающим устройством ПУ для принудительного открытия либо без него. Предохранительные сбросные клапаны предназначены для жидкой и газообразной химической или нефтяной рабочих сред герметичность соответствует ТУ 3742-004-07533604-95.
Сбросной клапан СППК4Р-16:
Рисунок 15.2 - Клапан сбросной СППК в разрезе
— золотник; 2 — пружина; 3 — опорная шайба; 4 — винт; 5 — рычаг
Рисунок 16.1 – Процентное соотношение объемов продукции предлагаемое на внутреннем рынке
Учитывая ограниченную платежеспособность внутреннего рынка до 90% вырабатываемой на предприятиях агрохимической продукции направляется на экспорт. Поэтому сегодня финансовое благополучие отрасли определяется прежде всего её внешнеэкономической деятельностью.
2Анализ действующего производства
В настоящее время достижение высоких темпов интенсификации технологических процессов повышение качества выпускаемой продукции экономия материальных энергетических и трудовых ресурсов повышение надежности работы технологического оборудования защита окружающей среды и защита важных технико-экономических показателей работы производства невозможны без создания и совершенствования автоматизированных систем контроля и управления. Необходима разработка и внедрение новых экономико-математических методов и средств вычислительной в том числе и микропроцессорной техники.
Экономическая эффективность систем автоматизации во многом зависит от качества и надежности используемых средств контроля и управления.
Рисунок 16.2 – Принципиальная схема производства КCl на БКПРУ-3
2.1 Технико-экономическое обоснование процесса парообразования
ТЭО – процесс выбора наилучшего и экономически целесообразного варианта решения по автоматизации объекта.
По содержанию ТЭО – это система аналитических исследований технико-экономических расчетов моделирования. В процессе их выполнения определяются цели автоматизации критерии эффективности принимаемых решений технологические параметры функции управления контроль и управление которых подлежит автоматизации. Выбираются системы управления (регулирования) технические средства и их реализация определение социально-экономические последствия автоматизации – совокупность «затрат и приобретений» т.е. положительных и отрицательных результатов автоматизации и величина ее экономического эффекта.
Наибольшее внимание уделяется экономическому обоснованию объекта. При этом делается попытка (систематизации методологии) выявления потенциалов. Возможностей производства по улучшению экономических и технико-экономических показателей в результате внедрения АСУТП (повышения уровня автоматизации).
Рисунок 16.3 – Блок-схема дефектной стадии
Входные параметры: попутный газ и питательная вода.
Выходные параметры: пар и отходы.
Оценка фактических и желаемых результатов
По нормативам расхода
Норма расхода газа при одноконтурной схеме регулирования
Норма расхода газа при каскадно-комбинированной схеме регулирования
Введение каскадно-комбинированной схемы регулирования позволяет снизить расход газа на 0001т.
Рисунок 16.4 – Оценка желаемых и фактических результатов
Технико-экономическое обоснование решений дипломного проекта
Основные недостатки существующей схемы производства (аппаратурного оформления)
Характер влияния этих недостатков на технико-экономические экономические и социальные показатели производства
Технически возможные варианты ликвидации недостатков
Выбранный вариант и его влияние на технико-экономические показатели производства
Для достижения заданных параметров пара требуемый расход газа составляет 017т.
При изменении щелочности воды происходят скачки уровня воды в барабане котла что приводит к дополнительным расходам газа.
Требуется дополнительный расход газа для подогрева питательной воды.
Увеличение расхода газа не влечет за собой увеличение паропроизводитель-ности.
Внедрение каскадно-комбинированнойго контура АСР управления уровнем воды в барабане котла повышает точность регулирования и снижение расхода газа.
Плавное переключение уменьшает амплитуду скачков уровня воды и снижение расхода газа.
Внедрение каскадно-комбинированной системы автоматического регулирования и плавного переключения фильтров на базе микропроцессорного контроллера SIMATIC S7-300.
Эффект: Снижение нормы расхода газа с 017т до 0169 т и расхода воды с 027т 0265т
Производственная мощность – это максимальный выпуск продукции за определенный период времени при заданных номенклатуре и ассортименте с учетом наилучшего использования ресурсов имеющихся на предприятии.
3.1 Расчет производственной мощности производства пара
Основным оборудованием котлотурбинного цеха являются паровой котел которых в цехе установлено 4 единицы. Часовая паспортная производительность которых равна 20 тчас.
Процесс производства пара является непрерывным поэтому производственную мощность следует рассчитывать по следующей формуле:
где: n – количество паровых котлов- 4 шт;
q – производительность пара – 20 тчас;
Тэф – эффективный фонд времени работы котла.
При непрерывном производстве:
Тэф = Ткал– Тппр – Тнто
где: Ткал – календарный фонд времени 36524 = 8760 часа;
Тппр – время планово-предупредительных ремонтов;
Тнто – время неизбежных технологических остановок за год 0 часов.
Время планово-предупредительных ремонтов рассчитывается на основании ремонтных нормативов на текущие и капитальные ремонты которые состоят из времени межремонтного пробега и времени нахождения оборудования в этом ремонте.
Ремонтный норматив на капитальный ремонт:
tк- время нахождения в кап.ремонте;
Ремонтный норматив на текущий ремонт: (часчас)
tт- время нахождения в тек.ремонте.
Определяется количество ремонтов за один ремонтный цикл:
ТрцК- время межремонтного пробега кап.ремонта;
ТрцТ-время межремонтного пробега текущего ремонта
За один ремонтный цикл осуществляется 1 капитальный ремонт т.е. Nкап=1. Определяем количество текущих ремонтов: Nтек= Nрем - Nкап= 389 – 1 = 289 ремонтов.
Составляем ремонтную формулу: 1K+NтекТ1=1К+289Т
Определяем длительность ремонтного цикла ( Др.ц):
Определяем время простоя оборудования в ППР за ремонтный цикл на основе ремонтной формулы:
где tк и tТ – время нахождения оборудования соответственно в капитальном и текущем ремонте.
Определяем время простоя в ППР за год:
Определяем эффективный фонд времени:
ТЭФ = ТКАЛ– ТППР – ТНТО=8760-26539-0= 849461 часов
Определяем производственную мощность:
М1 = 84946 4 20 = 679552 тонн парагод
3.2 Расчет производственной мощности флотационной обогатительной фабрики
Для расчёта производственной мощности обогатительной фабрики по 100% K2O в «Технологическом регламенте производства хлористого калия на обогатительной фабрике БКПРУ-3» приводится следующая формула:
где: q – производительность единицы оборудования в час;
n – количество оборудования;
Тэф – годовой фонд рабочего времени для главного корпуса обогатительной фабрики час;
Е – товарное извлечение хлористого калия в готовый продукт (с учётом потерь в процессе сушки готового продукта);
k – переводной коэффициент 100% KCl в 100% K2O.
Нагрузка по руде для главного корпуса обогатительной фабрики составляет q = 68 тоннчас.
При непрерывном производстве Тэф определяется по формуле:
Т эф = Т кал - Т ППР;
где Ткал – календарный фонд времени (365*24=8760 часов);
Тппр – время простоя оборудования в ремонте.
Время ППР рассчитываем по ремонтным нормативам на капитальный и текущий ремонт которые состоят из времени пробега и времени нахождения оборудования в ремонте:
Определяется количество ремонтов за один ремонтный цикл:
За один ремонтный цикл осуществляется один капитальный ремонт то есть Для определения количества текущих ремонтов за ремонтный цикл используем формулу:
Составим ремонтную формулу:
Определим длительность ремонтного цикла:
Время простоя оборудования в планово-предупредительном ремонте за ремонтный цикл:
Среднее время простоя в ППР за год определяем по формуле:
Следовательно производственная мощность определится следующим образом:
При производстве хлористого калия пар используется в качестве теплоносителя. Норма расхода пара для производства 1 тонны калия составляет 095 тонны пара а для производства 360150 тонн калия требуется тонн пара что составляет 4944 % всего производимого пара. Остальная часть пара распределяется между прочими цехами рудоуправления.
После автоматизации производственная мощность по выпуску KCl не изменится.
4Экономические расчеты и обоснования по проекту
4.1 Расчет капитальных вложений
Капитальные вложения – это денежные средства направленные на новое строительство реконструкцию техническое перевооружение расширение действующего производства и модернизацию.
Затраты на средства автоматизации определяем исходя из оптовой цены единицы оборудования и количества единиц оборудования данной модели.
Цены на оборудование устанавливаем по прейскурантам завода-изготовителя. К прейскурантной цене добавляем транспортно-заготовительные расходы расходы на оплату услуг посреднических организаций таможенные платежи (при закупке оборудования по импорту) и расходы на монтаж (общая сумма этих расходов обозначена как УТМ) которые определяем как процент от стоимости оборудования. Расчет амортизационных отчислений производим исходя из первоначальной стоимости и норм амортизации по каждому виду оборудования. Стоимость прочего неучтенного оборудования будем оценивать в процентах от стоимости основного технологического оборудования.
Если приобретенные средства российского производства то УТМ принимаем равным 60 % от оптовой цены. Если импортное – 100 %.
Расчет затрат на приобретение средств автоматизации и амортизационных отчислений
Наименование оборудования
Балансовая стоимость руб.
Сумма амортизационных отчислений руб.год
принятого количества
Учтенное оборудование - всего
Регулирующий клапан в комплекте с ИМ
Измерительный прибор Щелочемер
Неучтенное оборудование
В проекте для автоматизации процесса внедряется новое оборудование. Оборудование подлежащее утилизации иили демонтажу отсутствует. Строительство зданий и сооружений не производилось.
4.2 Расчет общей потребности в капитальных вложениях
на реализацию проекта
Особенностью основных фондов является перенесение части их стоимости на стоимость готовой продукции. Это перенесение происходит таким образом чтобы за период эксплуатации основных фондов произошло их возмещение. Возмещение основных фондов путем включения части их стоимости в затраты на выпуск продукции или на выполненную работу называется амортизацией. Она осуществляется с целью накопления денежных средств для последующего полного или частичного воспроизводства основных фондов.
Сводная смета капитальных затрат на автоматизацию КТЦ
Амортизационные отчисления
Затраты на автоматизацию
Итого сметная стоимость автоматизации
Для расчета экономического эффекта
Стоимость основных фондов и сумма амортизационных отчислений парокотельного цеха БКПРУ-3
а) ранее установленное оборудование
б) вновь установленное оборудование
5Расчет численности персонала и расходов на оплату труда
Численность работников является важнейшим количественным показателем характеризующим трудовые ресурсы предприятия. Она измеряется такими показателями как списочная явочная и среднесписочная численность работников. Исходными данными для определения численности работников являются: производственная программа; нормы времени выработки и обслуживания; номинальный (режимный) бюджет рабочего времени за год; план мероприятий по сокращению затрат труда и т.д.
5.1 Расчет нормы времени на обслуживание приборов и средств автоматизации
Схема автоматизации вводится впервые на данном участке приборов не было поэтому рассчитываем нормы времени на обслуживание приборов после автоматизации.
Нормы времени на обслуживание приборов после автоматизации
Элементы системы контроля и регулирования
Кол-во элементов обслуживаемых в сутки
Норма времени на обслуживание элемента в сутки
Сумма затрат времени в сутки
Расчет численности службы КИП и А по обслуживанию.
Суммарные затраты времени в сутки на обслуживание вновь установленных средств и приборов 126 чел час.
) «Явочная численность» по обслуживанию:
где: Кн.р.=115 - коэффициент учитывающий неучтенные работы (непредусмотренные нормой времени);
Ксм - количество смен в сутках;
tсм - продолжительность смены.
) «Списочная численность»:
Чсп = Чя·Кне = 006·262=0158(чел.)
где Кне=262 коэффициент невыходов.
Так как численность персонала по обслуживанию КИПиА ниже 1 следовательно обслуживание вводимых приборов и средств автоматизации может осуществляться без увеличения штата. Обслуживание средств автоматизации будет производиться дежурными слесарями КИПиА.
5.2 Расчет годового фонда оплаты труда котлотурбинного цеха
Под оплатой труда (начисленной заработной платой) понимается вознаграждение установленное работнику за выполнение трудовых обязанностей.
Слово «грейд» произошло от англ. grade - «располагать по степеням ранжировать». Впервые этот термин употребил американский эксперт в области консалтинга Эдуард Н. Хэй. В начале 60-х прошлого века он разработал универсальную модель тарифной сетки которая оценивала вклад каждого сотрудника в результативность работы компании.
Система грейдов - это шкала уровней должностей принятых в компании.
«Вилка» окладов греда – это диапазон окладов от минимального значения до максимального внутри одного грейда.
Нормативный баланс рабочего времени одного среднесписочного рабочего
(непрерывное производство
-часовая рабочая смена)
Вспомогательные рабочие
Календарное время в год
Номинальное время (число календарных рабочих дней)
Среднее число рабочих дней в месяц
Планируемые невыходы в т.ч.:
отпуск по беременности и родам;
не выходы по болезни;
выполнение государственных обязанностей.
Эффективный фонд рабочего времени в днях
Эффективный фонд рабочего времени в часах
Рассчитаем величину тарифной ставки рабочего 1-го разряда из расчета 285*МРОТ:
ТС = 285 * МРОТ = 285 * 4330 = 123405 (руб.)
Непрерывный режим работы :
Тн = 1738412=14487 (час)
Для расчета тарифных ставок используем значения коэффициентов из 18 разрядной тарифной сетки
ТС1р – тарифная ставка первого разряда;
К - коэффициент из 18 разрядной тарифной сетки для n-го разряда.
Полученные данные сведем в таблицу 16.7.
Тарифная ставка для непрерывного режима работы
Прерывный режим работы :
Тп = 173412=1445 (час)
Полученные данные сведем в таблицу 16.8
Тарифная ставка для прерывного режима работы
Часовая тарифная ставка руб.
Баланс рабочего времени час.
Основная заработная плата руб.
Районный коэффициент (15%) руб.
Фонд основной зарплаты с учетом район. коэф. руб.
Фонд дополн. зарплаты (9%) руб
Общий фонд зарплаты руб.
Зарплата по тарифу руб.
Итого фонд основной заработной платы руб
Праздничные дни (4%)
Машинист насосных установок
Лаборант хим. анализа
Лаборант хим. Анализа
Лаборант по анализу газа и пыли
Электроник I категории
Начальник участка химводоподготовки
Прочий цеховой персонал
На основании выше рассчитанных данных сведенным в таблице 16.9 Расчетам фонд оплаты труда ППП котлотурбинного цеха и отчисления на социальные нужды.
ЕСН=ФСС+ФФОМС+ПФ+СНС
где ФСС - фонд социального страхования
ФФОМС - фонд федерального медицинского страхования
ПФ - пенсионный фонд
СНС - страхование от несчастных случаев (зависит от опасности производства)
ЕСН=29%+20%+31%+06%=266%
Состав фонда оплаты труда ППП парокотельного цеха
и отчисления на социальные нужды
Категории профессии (специальности) персонала
Отчисления на социальные нужды руб. (266%)
Основные производственные рабочие.
Вспомогательные рабочие в т. ч.
Среднегодовая заработная плата руб
6Расчет калькуляции себестоимости пара
Для выполнения данной работы в первую очередь выявляются факторы (нормы расхода и цены ресурсов) вызывающие изменение в прямых затратах на продукцию в результате реализации проекта. Затем устанавливается изменение в затратах по статьям косвенных расходов – общепроизводственных общехозяйственных коммерческих.
Общепроизводственные расходы – это расходы на обслуживание и управление производством.
Смета общепроизводственных расходов парокотельного цеха БПКРУ-3
Амортизация оборудования и транспортных средств
Амортизация зданий сооружений инвентаря
Оплата труда работников
Отчисления на социальные нужды
Прочие денежные расходы:
Услуги вспомогательных цехов:
УПП(зарядка огнетушителей)
Услуги подразделений:
Услуги сторонних организаций:
На годовой выпуск пара (4944%)
Общехозяйственные накладные расходы – это расходы непроизводственного назначения связаны с функцией руководства управления которое осуществляется в рамках предприятия.
Смета общехозяйственных расходов БКПРУ-3
Доставка работников к месту работы
Информационные услуги
Услуги телефонной связи
Страхование имущества
Коммерческие (внепроизводственные) расходы – это расходы связанные с процессом реализации продукции.
Смета внепроизводственных (коммерческих) расходов БКПРУ-3
Затраты на доставку и погрузку
Затраты на тару и упаковку
Командировочные расходы
Сумма коммерческих расходов за год
Итоги расчетов косвенных расходов объедим в таблице 16.14 а в таблице 16.15 выполним сравнительный анализ калькуляции на производство пара до и после реализации проекта.
Затраты по комплексным статьям калькуляции до и после реализации проекта
На 1 тонну пара руб.
Общепроизводственные расходы
Общехозяйственные расходы
Коммерческие расходы
Калькуляция на производство пара парокотельного цеха БКПРУ-3
До реконструкции М1=679552 тгод
После реконструкции М2=679552 тгод
Отклонения (- экономия +перерасход)
Кол-во (норма расхода)
Сумма на весь выпуск руб.
Возвратные отходы (вычитаются)
конденсат с производства
Топливо и энергия на технологические цели
Затраты на оплату труда производ. рабочих
Отчисления на соц. нужды
Итого цеховая себестоимость
7Сравнительный анализ себестоимости пара
Под структурой себестоимости понимается состав калькуляционных статей затрат их группировка для целей управления себестоимостью удельный вес статей в себестоимости.
Структуру себестоимости продукции характеризуют показатели:
доля отдельной статьи в полной себестоимости;
соотношение между живым и овеществленным трудом;
соотношение между постоянными и переменными затратами.
В табл. 16.16 выполнен анализ затрат по статьям калькуляции.
Анализ затрат на производство и реализацию продукции
в зависимости от изменения объема производства
Отчисления на соц. нужды
Общепроизводс-твенные расходы
Производство пара относится к энергоемкому производству т.к. удельный вес больше всего составляет топливо природный газ (5116%).
8Анализ и оценка изменения себестоимости производства пара по технико-экономическим факторам
Изменение величины себестоимости производства пара зависит от изменения норм и цен на материальные ресурсы (DСНЦ):
где: JН - индекс норм на материальные ресурсы;
JЦ - индекс цен на материальные ресурсы;
dМ - доля материальных ресурсов в себестоимости производства (до автоматизации).
В данном проекте рассчитано изменение нормы расхода природного газа и индекс норм составит:
где: НПЛАН – норма расхода природного газа после автоматизации
НБАЗИС – норма расхода природного газа до автоматизации.
Цена на материальный ресурс (природного газа) в результате автоматизации не изменится и индекс цен составит: JЦ = 1.
Доля затрат на природный газ составит: dМ = 5116 % = 05116
Изменение величины себестоимости от изменения нормы расхода природного газа составит:
Поскольку на изменение себестоимости влияет также увеличение общепроизводственных расходов рассчитаем изменение величины себестоимости продукции под влиянием общепроизводственных расходов по формуле:
где JV – индекс объёма производства т.к. объём производства после автоматизации не изменяется JV = 1
dУП - доля условно-постоянных (общепроизводственных) расходов в себестоимости (до автоматизации): dУП = 3544% = 03544
JУП – индекс изменения условно-постоянных (общепроизводственных) расходов определится:
где ОПРБАЗИС – величина общепроизводственных расходов до автоматизации (руб)
ОПРПЛАН – величина общепроизводственных расходов после автоматизации (руб).
Изменение величины себестоимости под влиянием общепроизводственных расходов составит:
Общая величина уменьшения себестоимости пара составит:
ΔСОБЩ = ΔСНЦ + ΔСУП =031– 00347 = 02753 %
Проведём проверку по формуле:
где ССБАЗИС – себестоимость до автоматизации (руб)
ССПЛАН – себестоимость после автоматизации (руб) .
Вывод: Себестоимость пара в результате автоматизации уменьшилась на 027 %.
9. Расчёт себестоимости производства хлористого калия
При производстве хлористого калия пар используется в качестве теплоносителя и включается в себестоимость конечного продукта по статье энергетических затрат. Для того чтобы проследить влияние изменения себестоимости пара на себестоимость конечного продукта которым является KCl необходимо составить калькуляцию на производство хлористого калия. Калькуляция представлена в таблице 15.17.
Из таблицы видно что снижение цеховой себестоимости одной тонны пара на 112 рубля приведет к снижению полной себестоимости одной тонны хлористого калия на 218 рубля.
Калькуляция на производство хлористого калия обработанного 95%
Наименование статей расхода
До автоматизации М1=360150 тгод
После автоматизации М2=360150 тгод
Вспомогательные материалы:
Флотационный реагент "Оксаль
Энергетические затраты:
Зарплата производственных рабочих
ЦЕХОВАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ
ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ
ПОЛНАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ
9Расчет основных экономических показателей производства
10.1 Ценовая политика предприятия
Ценовая политика – важнейшая составная часть маркетинговой политики предприятия состоящая в установлении цен на продукцию обеспечивающих в рыночных условиях рост его потенциала и включающая выбор метода ценообразования разработку ценовой системы выбор рыночных стратегий и другие аспекты.
обеспечение выживаемости в условиях конкуренции;
максимизация текущей прибыли;
завоевание лидерства по показателям доли рынка или качества товаров.
Необходимо выявить спрос на производимый товар который определяет прежде всего верхний уровень цен.
По минимальному уровню цен можно судить об общих (валовых) издержках предприятия представляющие сумму постоянных и переменных издержек.
Существенное влияние на цену оказывает поведение конкурентов и цены на их продукцию. Для определения цен и качества товаров своих конкурентов предприятие может произвести сравнительные покупки и сопоставить цены и товары между собой. Такое сопоставление позволяет установить средний диапазон своих цен.
Оптимально установленная цена на производимый товар должна полностью обеспечивать возмещение всех издержек по производству и реализации продукции а также получение нормальной прибыли.
В РФ наибольшее распространение получили две методики:
первая основывается на принципе средние издержки плюс прибыль;
вторая – на получении «ценовой прибыли».
Для расчета оптовой цены общая сумма затрат на единицу продукции увеличивается на величину планируемого уровня рентабельности.
где: Z-себестоимость 1 т хлористого калия;
kR-коэффициент рентабельности.
где: R- планируемый размер рентабельности Rmin=013
Оптовая цена до автоматизации:
10.2 Расчет значения «Точки безубыточности»
Экономическая сущность расчета точки безубыточности состоит в анализе взаимодействия спроса и предложения по конкретному товару предприятия. При этом надо учитывать что своим предложением предприятие может управлять так как его формируют затраты предприятия а спросом управлять невозможно.
где: Тб-значение предела безубыточности;
Ипост – издержки постоянные;
Ипер - издержки переменные.
где: - критический объем производства.
Произведем расчет значения предела безубыточности и критического объема производства для производства до автоматизации.
Диаграмма «Точки безубыточности до автоматизации» представлена на рис. 16.5.
Рисунок 16.5 – Диаграмма «Точки безубыточности до автоматизации»
Произведем расчет значения предела безубыточности и критического объема производства для производства после автоматизации.
Диаграмма «Точки безубыточности после автоматизации» представлена на рис. 16.6.
Рисунок 16.6 – Диаграмма «Точки безубыточности после автоматизации»
10.3 Расчет финансово-экономических показателей
Отпускная цена с учетом налога на добавленную стоимость рассчитывается по формуле
где:ЦОПТ – оптовая цена на продукт руб.;
СНДС – ставка НДС установлена в размере 18%.
Цотп = 412169 118 = 486359 руб.
Выручка от продажи продукта за год определяем по формуле:
где: М – максимальный выпуск продукта за год (мощность производства).
В = 486359 360150 =175162345113 руб.
Сумму НДС который «получен» на весь объем реализации продукта определяем по формуле:
8 – коэффициент учитывающий налог на добавленную стоимость (18%).
Рассчитаем налог на добавленную стоимость который уплачен поставщикам сырья – НДСупл
Расчет суммы НДС уплаченного за год поставщикам материальных ресурсов
До проведения мероприятия
После проведения мероприятия - 1 год
После проведения мероприятия - 2 год
Вспомогательные материалы
Энергетические затраты
Покупное оборудование
НДС в бюджет определяем по формуле:
НДСБ до = 2671967976– 111 255 773= 15594102494 руб.
НДСБ после1год = 2671967976– 111 234 999= 15596179890 руб.
НДСБ после2год = 2671967976– 111 114269= 15608252860 руб.
Балансовую прибыль за год определяем по формуле:
где Z – полная себестоимость всего выпуска продукции.
БПдо = 175162345113 – 1 313 653 33076 – 111 255773 =32671434768 руб.
БПпосле1год = 175162345113– 1 312 867 19986 – 111 234999 = 32752125253 руб.
БПпосле2год = 175162345113– 1 312 867 19986 – 111 234999 = 32764198213 руб.
Налоги на финансовые результаты
СИ – остаточная стоимость ОПФ руб.;
% – ставка налога на имущество.
НИ ДО = 0022 8578575050 = 188728651 руб.
НИ ПОСЛЕ 1 ГОД = 0022 8645647050 = 190204235 руб.
НИ ПОСЛЕ 2 ГОД = 0022 8645647050 = 190204235 руб.
Налогооблагаемую базу налога на прибыль определяем по формуле:
НБдо = 32671434768– 88728651= 32482706117 руб.
НБпосле1год = 32752125253 – 190204235= 32561921018 руб.
НБпосле1год = 32764198213 – 190204235= 32573993978 руб.
где 20% – ставка налога на прибыль от налогооблагаемой базы (В Пермском крае ставка налога на прибыль на 1.01.2009 г. установлена в размере 20%).
НПдо = 32482706117* 020 = 6496541223 руб.
НПпосле1год = 32561921018 * 020 = 6512384204 руб.
НПпосле2год = 32573993978 * 020 = 6514798796 руб.
Чистую прибыль определяем по формуле:
ЧПдо = 32482706117 – 6496541223 = 25986164893 руб.
ЧПпосле1год = 32561921018 – 6512384204 = 26049536815 руб.
ЧПпосле2год = 32573993978 – 6514798796 = 26059195183 руб.
Рассчитывается величина прироста чистой прибыли в результате реализации
где ЧП и ЧПП – чистая прибыль соответственно до и после реализации проекта
Рассчитаем величину прироста чистой прибыли-1год:
Рассчитаем величину прироста чистой прибыли-2год:
Рентабельность продаж определяем по формуле:
После автоматизации:
11 Расчет эффективности инвестиционного проекта
Эффективность инвестиционных проектов характеризуется системой показателей:
- чистый дисконтированный доход (ЧДД) или интегральный доход;
- индекс доходности (ИД);
- срок окупаемости (Ток).
Чистый дисконтированный доход (ЧДД) — разность между доходами за некоторый период времени и затратами понесенными для получения этих доходов приведенная к текущей стоимости базового периода.
Расчёт ЧДД — стандартный метод оценки эффективности инвестиционного проекта и показывает оценку эффекта от инвестиции приведённую к настоящему моменту времени с учётом разной временной стоимости денег. Если ЧДД больше 0 то инвестиция прибыльна а если ЧДД меньше 0 то инвестиция убыточна.
Срок окупаемости (Ток)— период времени необходимый для того чтобы доходы генерируемые инвестициями с учетом дисконтирования покрыли затраты на инвестиции.
Эффективность инвестиций:
Rt - результаты достигаемые на t-том шаге расчета (руб)
З*t – затраты осуществляемые на том же шаге (руб)
К – сумма дисконтированных капвложений (руб)
t – номер шага расчета (t = 0 1 2 8)
NA –норма амортизации (11%).
Норма дисконта которая определяется:
r – ставка рефинансирования объявленная ЦБ РФ на 1.11.2009г. r = 9% = 009;
р – поправка на предпринимательский риск в зависимости от целей проекта.
Т.к. целью проекта является расширение возможностей системы автоматизированного управления на базе освоенной техники то р = 5%.
Дисконтированные кап. вложения определяются по формуле:
где Кt – кап. вложения на t-том шаге: т.к. кап. вложения происходят в течение 1 года и t =0 равны затратам на 0 шаге:
Чистый дисконтированный доход за 9 лет :
Расчет инвестиционного проекта при Е=14%
Номер временного интервала
Капитальное вложение в проект (К) руб.
Прирост чистой прибыли (ΔЧП) руб.
Коэффициент дисконтирования
Дисконтированный прирост руб.
ЧДД от проекта на данном этапе руб.
Индекс доходности (ИД) :
Итак ЧДД>0 ИД >1 следовательно проект эффективен.
Определяем срок окупаемости проекта по формуле:
где К – сумма дисконтированных кап. вложений К = 670720 (руб)
ΔПЧ - прирост чистой прибыли в 1-й год после автоматизации (руб):
Срок окупаемости 1 год 276 месяца.
Рисунок 16.7 – График «финансовый профиль проекта»
12 Заключение об эффективности проекта
На основании всех расчетов выполненных в экономической части выпускной квалификационной работы заполняем табл. 16.20. В таблицу вносятся основные показатели проекта характеризующие его эффективность.
Сравнительная таблица технико-экономических показателей проекта
Наименование показателей
Значение показателей
Показатели по производству пара
Производственная мощность КТЦ за год
Норма расхода природного газа для производства 1 т пара
Стоимость основных производственных фондов КТЦ
в реализацию проекта
Среднесписочная численность ППП КТЦ
Фонд оплаты труда персонала КТЦ за год
Среднегодовая заработная плата по КТЦ
Полная себестоимость одной тонны пара в т.ч.
- общепроизводственные
Общие затраты на производство годового выпуска пара
Показатели по производству хлористого калия
Производственная мощность за год
Годовые затраты на пар (4944%)
Полная себестоимость 1 т
хлористого калия в т.ч.
Полная себестоимость
Чистая прибыль за год
Рентабельность продаж
Точка безубыточности
Критический объем производства
ВЫВОД: Внедрение нового оборудования для улучшения регулирования процессом производства пара приводит к уменьшению расхода попутного газа увеличению стоимости основных производственных фондов уменьшению затрат на пар и снижению себестоимости готовой продукции.
Были произведены расчеты автоматических систем регулирования на базе расчета произведен анализ сравнение получены показатели качества переходных процессов осуществлен расчет регулирующего органа системы регулирования рассчитаны технико-экономические показатели эффективности автоматизации составлены схемы: функциональная внешних проводок план трасс схема сигнализации схема реализации и др.
Применение контроллера SIMATIC S7-300 дает возможность быстро точно и качественно управлять процессом парообразования.
Раздел экономики является заключительным поскольку он является показателем эффективности всего проекта в целом.
Таким образом в результате автоматизации процесса парообразования произойдет снижение нормы расхода попутного газа с 017 т до 0169 т на 1 тонну пара что приведет к снижению себестоимости 1 т пара с 38284 руб. до 38172 руб. а следовательно и полная себестоимость 1 т KCl снизится с 3647.52 руб. до 3645.33 руб. Срок окупаемости внедряемого проекта составит 1 год 276 месяца.
Голубятников В.А. Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности М. Химия 1985
А.С.Клюев Б.В.Глазов А.Х.Дубровский Проектирование систем автоматизации технологических процессов. М.:Энергия 1980
В.А. Шафрановский Справочник наладчика автоматики котельных установок Симферополь «Таврия» 1987
Информационная документация предприятия
М.И. Брейман. Инженерные решения по технике безопасности в пожаро- и взрывоопасных производствах. М. Химия 1973 год 344 с.
И. Г. Казанцева Е. И. Леонтьева. Технико-экономические расчёты и обоснования по дипломному проектированию: Методическое указание для студентов специальности 210100 «АТП» Березниковский ф-л Перм. гос. техн. ун-т. Березники 2007. – 52 с.
В.Ф. Беккер Н.В. Бильфельд А.Г. Шумихин. Методические указания по дипломному проектированию. Учебно-методическое пособие для студентов специальности «Автоматизация технологических процессов и производств». Пермский гос. техн. университет. Пермь 2002 год 39 с.
Программные продукты: «LINREG» «Калькулятор передаточных функций» «MatLab».
Расчёты по котлоагрегату ГМ 5014. Белорусский котельный завод
Механизм исполнительный электрический однооборотный МЭО-250. Техническое описание и инструкция по эксплуатации
Датчики давления Vegabar. Техническое описание и инструкция по эксплуатации
Петерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. Пер. с анг. М.: Мир. 1984. – 264 с.

рецензия.doc

Министерство образования и науки РФ
Пермский государственный технический университет
Березниковский филиал
НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ
Выпускная квалификационная работа выполнена
Наименование темы Автоматизация процесса парообразования в котле ДКВР-20-13 на «Третьем Березниковском калийном производственном рудоуправлении»
Рецензент Исмагилов Олег Гильмашарипович Начальник отдела автоматизации производства БКПРУ-3
(Ф.И.О. должность ученое звание степень)
В современных рыночных условиях снижение себестоимости выпускаемой продукции одна из основных задач предприятия. Роль автоматизации в решении данной задачи является исключительно важной. За счет повышения уровня автоматизации возможно существенное улучшение качественных показателей выпускаемой продукции с получением от этого дополнительного экономического эффекта что достаточно убедительно продемонстрировал автор дипломного проекта на примере процесса парообразования в котле ДКВР-20-13.
Характеристика выполненой работы
Достаточно точно и в полном объеме описана технология парообразования характеристики применяемого оборудования. Поставленная задача оптимизации процесса парообразования (поиск параметров процесса при которых будет минимальным удельный расход попутного газа на 1 Дж тепла передаваемого потребителю) является актуальной поскольку при уменьшение расхода попутного снижаются затраты на производство пара. Решение данной задачи позволит повысить технико-экономические показатели производства. Выполнено достаточно четкое обоснование выбора точек контроля регистрации регулирования и сигнализации обоснован выбор расчетных контуров регулирования. Достаточно подробно описана последовательность проведения активного эксперимента. Дипломант достаточно грамотно произвел расчет и моделирование систем автоматического регулирования (одноконтурной каскадной и каскадно-комбинированной) и обосновал выбор системы автоматического регулирования для дальнейшей реализации этой системы. Автор дипломного проекта выбрал современный многофункциональный контроллер SIMATIC S7-300 фирмы SIEMENS что отлично подходит для процесса парообразования так как он поддерживает быструю передачу данных обеспечивая тем самым быстродействующее управление является компактным не очень дорогим в своем классе и не сложным в обслуживании.
Особо хотелось отметить раздел № 13 где разработана системы плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерацией отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды. Разработанная дипломантом система актуальна для технологического процесса и может быть рекомендована к внедрению на предприятии.
Монтаж средств автоматизации описан грамотно с учетом технологических особенностей.
Автор проекта достаточно четко описал основные аспекты безопасности со ссылками на Трудовой Кодекс Конституцию РФ некоторые Федеральные законы регламентирующие основные положения в области охраны труда.
Экономический раздел проекта достаточно четко и полно отображает технико-экономическое обоснование решений дипломного проекта. На достаточно высоком уровне выполнен расчет экономической эффективности предлагаемой автоматизации.
Качество пояснительной записки и графической части
Качетво пояснительной записки и разработанных чертежей проектной документации выполнены в соответствии с действующей нормативно-технической документацией и достаточно грамотно.
В заключении следует отметить что уровень инженерных решений исходя из поставленной задачи выполнен в достаточной мере. Принятые инженерные решения отражают особенности технологии и конкретного технологического объекта.
Расчетная часть работы выполнена на необходимом инженерном уровне.
Студент в работе показал владение методами теории управления математическими методами вычислительной техникой методами и программными средствами анализа и моделирования в системе MATLAB и PIPE3.
Общий подход понимание задач автоматизации методы решения подходы к анализу технологических процессов позволяют говорить о хорошем качестве выполненной дипломной работы.
Дипломный проект Поварницына Константина Анатольевича заслуживает оценки «отлично» а студент - присвоения квалификации инженера по автоматизации.
Рецензент выпускной квалификационной работы

Спецификация(2011.01.11).spw

Термометр платиновый технический
длина монтажной части 80мм
защитная арматура монтажной части -
Измерительный преобразователь модульный
входной сигнал программируемый
выходной сигнал 4-20мА
Наименование и техническая характеристика
обозначение документа
ДП.22.03.01-11-АТМ.С
длина монтажной части 100мм
длина монтажной части 160мм
длина монтажной части 1250мм
Преобразователь давления Vegabar 52
нпряжение питания -24В
Преобразователь давления Fisher Rosemount
выходной сигнал 4-20mA
Преобразователь давления Vegabar 17
выходной сигнал 4-20 mA
Пускатель бесконтактный реверсивный
питающее напряжение ~220 В
управляющий сигнал -24 В
Механизм исполнительный электрический
однооборотный напряжение питания ~220 В
потребляемая мощность не более 200 Вт
с аналоговым управлением 4 20мА
выходной сигнал 4 20 мА
номинальный полный ход вала 0
Механизм исполнительный электрический
с блоком сигнализации положения БСПТ-10
Тягонапоромер показывающий сигнализирующий
ДГ-С2-У3 -200 +200Па
диапазон -200 +200Па
Напоромер показывающий сигнализирующий
Манометр показывающий сигнализирующий
Преобразователь перепада давления Fisher
Преобразователь расхода вихревой
R 030 S D1 N1 D 1 Q5 M5
F 080 S D1 N1 D 1 Q5 M5
Диафрагма камерная на давление 0
условного прохода 300 мм
материал корпуса камер
материал диска Сталь 12Х18Н10Т
измеряемая среда - газ
Преобразователь расхода массовый Optimass
Запально-защитное устройство
В комплекте: фотодатчик
источник высокого напряжения
сигнализатор горения.
Программируемый контроллер SIMATIC S7-300:
S7-300: 6ES7 398-8FA10-8BA0
Центральный процессор 313C: рабочая память 64КБ
загружаемая память 64КБ-8МБ;
модуля ввода аналоговых сигналов SM 331
входов в 8 группах каналов
вид измерения настраивается
на каждый канал (напряжение
модуля вывода аналоговых сигналов SM 332
вsходf в 8 группах каналов
вид сигнала настраивается
модуль ввода дискретных сигналов SM 321
модуля вывода дискретных сигналов SM 322
номинальное напряжение на нагрузке -24В.
Вентиль запорный ТУ 26-07-1090-74 ЗВ-2М
Кабели гибкие с медными жилами с ПВХ
в ПВХ оболочке ТУ 16.КО1-30-2002
Кабели контрольные с медными жилами с ПВХ
в ПВХ оболочке ГОСТ 1508-78
Кабель силовой с медными жилами с ПВХ изоляцией
не распространяющие горения
с условным проходом 20 мм
с муфтой ГОСТ 3262-75
из коррозионно-стойкой стали
Металлорукав негерметичный
диаметр 20 -РЗ-Ц-Х-20
Соединение для металлорукавов
металлорукав -труба" - СТМ 15х20-G34 У3
ТУ 4218-016-01395839-96

Спецификация(2011.01.10).spw

Термометр платиновый технический
длина монтажной части 80мм
защитная арматура монтажной части -
Измерительный преобразователь модульный
входной сигнал программируемый
выходной сигнал 4-20мА
Наименование и техническая характеристика
обозначение документа
ДП.22.03.01-11-АТМ.С
длина монтажной части 100мм
длина монтажной части 160мм
длина монтажной части 1250мм
Преобразователь давления Vegabar 52
нпряжение питания -24В
Преобразователь давления Fisher Rosemount
выходной сигнал 4-20mA
Преобразователь давления Vegabar 17
выходной сигнал 4-20 mA
Пускатель бесконтактный реверсивный
питающее напряжение ~220 В
управляющий сигнал -24 В
Механизм исполнительный электрический
однооборотный напряжение питания ~220 В
потребляемая мощность не более 200 Вт
с аналоговым управлением 4 20мА
выходной сигнал 4 20 мА
номинальный полный ход вала 0
Механизм исполнительный электрический
с блоком сигнализации положения БСПТ-10
Тягонапоромер показывающий сигнализирующий
ДГ-С2-У3 -200 +200Па
диапазон -200 +200Па
Напоромер показывающий сигнализирующий
Манометр показывающий сигнализирующий
Преобразователь перепада давления Fisher
Преобразователь расхода вихревой
R 030 S D1 N1 D 1 Q5 M5
F 080 S D1 N1 D 1 Q5 M5
Диафрагма камерная на давление 0
условного прохода 300 мм
материал корпуса камер
материал диска Сталь 12Х18Н10Т
измеряемая среда - газ
Преобразователь расхода массовый Optimass
Запально-защитное устройство
В комплекте: фотодатчик
источник высокого напряжения
сигнализатор горения.
Программируемый контроллер SIMATIC S7-300:
S7-300: 6ES7 398-8FA10-8BA0
Центральный процессор 313C: рабочая память 64КБ
загружаемая память 64КБ-8МБ;
модуля ввода аналоговых сигналов SM 331
входов в 8 группах каналов
вид измерения настраивается
на каждый канал (напряжение
модуля вывода аналоговых сигналов SM 332
выхода в 8 группах каналов
вид сигнала настраивается
модуль ввода дискретных сигналов SM 321
модуля вывода дискретных сигналов SM 322
номинальное напряжение на нагрузке -24В.
Вентиль запорный ТУ 26-07-1090-74 ЗВ-2М
Кабели гибкие с медными жилами с ПВХ
в ПВХ оболочке ТУ 16.КО1-30-2002
Кабели контрольные с медными жилами с ПВХ
в ПВХ оболочке ГОСТ 1508-78
Кабель силовой с медными жилами с ПВХ изоляцией
не распространяющие горения
с условным проходом 20 мм
с муфтой ГОСТ 3262-75
из коррозионно-стойкой стали
Металлорукав негерметичный
диаметр 20 -РЗ-Ц-Х-20
Соединение для металлорукавов
металлорукав -труба" - СТМ 15х20-G34 У3
ТУ 4218-016-01395839-96

10 Оригинальная разработка.cdw

Реализация блок-схемы алгоритма плавного переключения между фильтрами №1 и №2
с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра в контроллере
SIMATIC S7-300 фирмы SIEMENS
Алгоритм плавного переключения между фильтрами №1 и №2
с автоматической регенерации отсеченного Na-катионитового фильтра
Автоматизация процесса парообразования в котле
ДКВР-20-13 на «Третьем Березниковском калийном
Оригинальная разработка
ДП.22.03.01-10 АТМ.10
Фрагмент технологической схемы
Имитационное моделирование на основе сетей Петри
Закрытие клапана О.К. 2.1
Открытие клапана О.К. 1.1
Открытие клапана О.К. 2.3
Открытие клапана О.К. 2.2
Закрытие клапана О.К. 2.3
Закрытие клапана О.К. 2.2
Открытие клапана О.К. 2.4
Открытие клапана О.К. 2.5
Закрытие клапана О.К. 2.5
Открытие клапана О.К. 2.1
Закрытие клапана О.К. 2.4

6 Переходные процессы АСР.cdw

Графики переходных процессов каскадно-комбинированной АСР
с компенсатором -2 и без компенсатора -1 по каналу возмущения
Передаточная функция компенсатора
каскадно-комбинированной АСР
Модель одноконтурной АСР в
Модель каскадной АСР в
Модель каскадно-комбинированной АСР в
Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
Переходные процессы АСР
ДП.22.03.01-11.АТМ.6
Структурная схема одноконтурной АСР
Структурная схема каскадной АСР
Структурная схема каскадно-комбинированной АСР
График переходного процесса одноконтурной АСР по управлению
График переходного процесса одноконтурной АСР по возмущению
График переходного процесса каскадной АСР по управлению
График переходного процесса каскадной АСР по возмущению
Показатели качества переходных процессов
Сводный график переходных процессов АСР

11Технико - экономические.cdw

Наименование показателей
Значение показателей
Показатели по производству пара
Производственная мощность КТЦ за год
Норма расхода пропутного газа для производства 1 т пара
Стоимость основных производственных фондов КТЦ
Реальные инвестиции в реализацию проекта
Среднесписочная численность ППП КТЦ
Фонд оплаты труда персонала КТЦ за год
Среднегодовая зароботная плата по КТЦ
Полная себестоимость 1 тонны пара
- общепроизводственные расходы
Общие затраты на производства годового
Показатели по производству хлористого калия
Производственная мощность за год
Значение "точки безубыточности
Рентабельность продаж
Чистая прибыль за год
Полная себестоимость годового выпуска
Полная себестоимость 1 т хлористого калия
Годовые затраты на пар
Критический обьем производства
Чистый дисконтированный доход
Реальные инвестиции в проект
Диаграмма "Точки безубыточности
до и после автоматизации
Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
Технико - экономические
ДП.22.03.01-10.АТМ.11
Технико-экономические показатели
Финансовый профиль проекта

4 Схема питания.cdw

ИБП UPStation GXT 2U
Выключатель автоматический трехполюсный
Выключатель автоматический двухполюсный
Выключатель автоматический однополюсный
ИБП UPStation GXT 2U 3000 BA
Блок питания контроллера SITOP 220 В=24В
Блок питания 220 В=24В БП9624-280
Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
Схема принципиальная
ДП.22.03.01-11.АТМ.4
Позиции приборов и средств автоматизации соответствуют спецификации ДП.22.03.01-11-АТМ.С.

2 Оптимальное управление.cdw

- Объем воды в барабане котла
- Температура воды в барабане котла
Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
Разработка оптимального
ДП.22.03.01-11.АТМ.2
Зависимость расхода пара от расхода газа
Изменение расхода пара при изменении расхода воды
Наложение ограничений
Программная реализация выполнена в пакете Mathcad 2000
Блок-схема уравнений математической модели котла
Результат реализации математической модели

9 План трасс.cdw

Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
ДП.22.03.01-11.АТМ.9

5 Эксперимент и обработка.cdw

Передаточная функция объекта
по внутреннему каналу
по каналу возмущения
Нормированная и аппроксимированная кривые разгона
Нормированная и аппроксимированная кривые разгона
Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
Проведение и обработка
результатов эксперимента
ДП.22.03.01-11.АТМ.5
Структурная схема проведения эксперемента
Функциональная схема проведения эксперемента
Кривая разгона по основному каналу
Кривая разгона по внутреннему каналу
Кривая разгона по каналу возмущения

7 Реализация.cdw

Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
ДП.22.03.01-11.АТМ.7
Процессорный модуль CPU-315
Расход воды на котел
Профильная шина S7-300
Физическая схема реализаци каскадно-комбинированной АСР
Программная схема реализации каскадно-комбинированной АСР
Расход пара от котла
Уровень в барабане котла

1 Схема автоматизации.cdw

Наименование среды в трубопроводе
Условные обозначения приборов даны по ГОСТ 21.404-85.
Позиции приборов и средств автоматизации соответствуют спецификации ДП.22.03.01-11-АТМ.С.
Газо-мазутная горелка
Двухбарабанный котел вертикальный-водотрубный
Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
ДП.22.03.01-11.АТМ.1
Экспликация трубопроводов
Экспликация оборудования

3 Схема внешних проводок.cdw

Позиции приборов и средств автоматизации соответствуют спецификации ДП.22.03.01-11-АТМ.С.
Длины кабелей даны с учётом 6% надбавки на изгибы
повороты и отходы согласно
письму Госстроя СССР от 17.12.79 № 89Д.
Монтаж защитного зануления выполнить согласно ПУЭЭ и ГОСТ 12.1-030-81.
Категорийность импульсным трубкам присваивается согласно категорийности
технологических трубопроводов с аналогичной средой.
Присоединение фланцевое
Кабели гибкие с медными жилами с ПВХ
в ПВХ оболочке ТУ 16.КО1-30-2002
Кабели контрольные с медными жилами с ПВХ
в ПВХ оболочке ГОСТ 1508-78
Кабель силовой с медными жилами с
распространяющие горения ТУ 16.КО1-35-2002
Металлорукав негерметичный
ТУ 22-.5570-83 РЗ-Ц-Х-Щ
диаметр 20 -РЗ-Ц-Х-20
из коррозионно-стойкой стали ГОСТ 9941-81
Вентиль запорный ТУ 26-07-1090-74 ЗВ-2М
Соединение для металлорукавов
ТУ 4218-016-01395839-96
металлорукав -труба" - СТМ 15х20-G34 У3
с условным проходом 20 мм
с муфтой ГОСТ 3262-75
Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
ДП.22.03.01-11.АТМ.3
мазутопровод к котлу

8 Схема сигнализации и блокировок.cdw

Процесс парообразования
в котле типа ДКВР-20-13
Схема сигнализации и блокировок
ДП.22.03.01-10.АТМ.8

ЗАДАНИЕ.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
автоматизации технологических процессов
ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
БЕРЕЗНИКОВСКИЙ ФИЛИАЛ
«18» октября 2010 г.
по дипломному проектированию
Фамилия И.О. Поварницын Константин Анатольевич
Начало дипломного проектирования 18 октября 2010 г.
Контрольные сроки просмотра проекта кафедрой АТП каждая первая среда месяца
(Утверждена приказом по университету от « 17 » ноября 2010 г. № 1068-п )
Исходные данные к проекту а) Технологический регламент
б) Результаты проведения активного эксперимента
в) Калькуляция и сметы общепроизводственных расходов
г) Научно-техническая литература
Содержание расчетно-пояснительной записки:
а) общая часть (конструкторская технологическая исследовательская)
Раздел 1: Описание технологического процесса
Раздел 2: Разработка системы оптимального управления процессом
Раздел 15: Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Раздел 16: Экономический раздел
б) спец. часть Раздел 3: Описание схемы автоматизации
Раздел 4: Обоснование контура регулирования подлежащего расчету
Раздел 5: Проведение эксперимента
Раздел 6: Обработка экспериментальных данных
Раздел 7: Расчет системы регулирования
Раздел 8: Моделирование рассчитанной системы регулирования
Раздел 9: Анализ качества переходных процессов и выбор системы регулирования
Раздел 10: Реализация рассчитанной системы регулирования
Раздел 11: Монтаж средств автоматизации
Раздел 12: Расчет исполнительного органа
Раздел 13: Оригинальная разработка
Раздел 14: Расчет надежности средств автоматики
) Разработка оптимального управления
) Схема соединения внешних проводок
) Схема принципиальная питания
) Проведение и обработка результатов эксперимента
) Переходные процессы АСР
) Схема сигнализации и блокировок
) Оригинальная разработка
) Технико-экономические показатели
Проект должен содержать: введение список используемых источников спецификацию__
подписьинициалы фамилия
Кандидат технических наук доцент кафедры АТП БФ ПГТУместо работы должность