Система автоматизации подачи газа и воздуха

Содержание

1. Введение

1.1. Основные принципы автоматического регулирования

1.2. Основные задачи автоматической системы регулирования процесса горения на котлах

2. Основная часть

2.1. Автоматическое регулирование экономичности процесса горения (подачи

воздуха)

2.2. Описание функциональной схемы автоматизации объекта управления

2.3. Измерение расхода жидкости, газов или пара расходомерами с сужающим устройством

2.4 Подбор средств автоматизации для измерения давления и расхода газа, пара и воздуха

2.5.Выбор исполнительных механизмов

2.6 Подбор регуляторов

2.7 Подбор адаптера интерфейса

2.8 Выбор вторичных приборов

2.9. Анализ динамических свойств объекта

2.10. Построение и описание обобщенной функциональной и структурной схем

системы автоматизации

2.11. Определение параметров объекта

2.12. Выбор параметров настройки регулирующего устройства

2.13. Расчет устойчивости системы автоматизации

3. Заключение

4. Список используемой литературы

1.Введение

1.1. Основные принципы автоматического регулирования

Построение систем автоматического регулирования основывается на применении или комбинировании двух основных принципов регулирования.

Наиболее широкое распространение получил принцип автоматического регулирования по отклонению регулируемой величины от заданного значения . Достоинством таких систем является то, что регулируемая величина непрерывно находится под контролем регулятора. В то же время принцип регулирования по отклонению обладает существенным недостатком, состоящим в том, что регулятор вступает в действие лишь после появления рассогласования между заданным и действительным значениями регулируемой величины, что затрудняет обеспечение высокого качества переходного процесса. Такие системы в определенных условиях способны к самовозбуждению, приводящему к возникновению колебаний регулируемой величины.

Указанных недостатков лишены системы автоматического регулирования, построенные на принципе компенсацией возмущений. В таких системах регулятор получает информацию о действующих на объект возмущениях и через регулирующее воздействие компенсирует их влияние на объект. Системы с компенсацией возмущений позволяют достичь более высокого качества регулирования, чем системы, основанные на принципе регулирования по отклонению, поскольку регулятор вступает в действие еще до отклонения регулируемой величины. Такие системы называются разомкнутыми, так как регулятор не контролирует значение регулируемой величины Р, Недостаток этих систем состоит в том, что регулируемая величина может значительно отклониться от заданного значения. Кроме того, в реальных системах практически невозможно обеспечить измерение и компенсацию всех действующих на объект возмущений.

Наиболее совершенными являются комбинированные автоматические системы регулирования, использующие одновременно принципы по отклонению регулируемой величины и компенсации возмущений. При этом сохраняются преимущества обоих принципов регулирования и уменьшаются их недостатки.

Основная часть

2.1. Автоматическое регулирование экономичности процесса горения (подачи воздуха).

Регулирование подачи воздуха в топку котла должно обеспечивать поддержание заданного коэффициента избытка воздуха а, при котором к. п. д. котла ηк имеет наибольшее значение. Наивыгоднейшее значение а может быть постоянным или меняться с изменением нагрузки.

Регулирование воздуха по прямому показателю. Так как процесс регулирования воздуха характеризуется величиной коэффициента избытка воздуха а, прямым показателем для него служит содержание в продуктах сгорания неиспользованного кислорода 02 или выделившейся при сжигании углекислоты С02.

Максимальное значение . п. д. котла находится на границе исчезновения в газах продуктов неполного сгорания СО, Н2, СН4 и др. В области наибольшего значения содержание СО2 изменяется с незначительной крутизной, а содержание 02 нарастает резко. Кроме того, оптимальное содержание 02 в газах мало зависит от свойств топлива, что не имеет места для СО2. Эти причины вынудили к отказу от применения схем регулирования воздуха по содержанию СО2 в газах. Этому препятствует также значительное запаздывание подачи сигнала по С02 в систему авторегулирования. Большое запаздывание наблюдалось и при работе газоанализаторов на О2, однако в результате работ, проведенных за последнее время, удалось уменьшить влияние запаздывания настолько, что регулирование по 02 стало практически возможным. При автоматизации процесса горения сигнал по содержанию 02 в газах чаще всего применяется не в качестве основного, а как корректирующий, для оптимизации процесса, управляемого другими устройствами.

Регулирование расхода воздуха по заданной нагрузке. Показателем заданной нагрузки котла служит сигнал от главного регулятора по давлению пара в паропроводе перед турбиной. При ручном дистанционном управлении сигнал по нагрузке создается задатчиком ручного управления. По одному из распространенных способов подача воздуха регулируется по сигналу от главного (корректирующего) регулятора или задатчика ручного управления (схемы «заданная нагрузка — воздух»).

Регулирование воздуха по расходу топлива (схема «топливо —воздух»). Поддержание расхода воздуха пропорционально расходу топлива по схеме «топливо — воздух», применяется в том случае, когда мгновенный расход топлива может быть измерен без заметного запаздывания, а теплота сгорания топлива длительно остается постоянной. Полностью этим условиям удовлетворяет природный газ из какого-либо определенного месторождения. Измерение расхода газообразного топлива затруднений не представляет, а качественные показатели длительное время остаются неизменными. В остальных случаях схема «топливо — воздух» не удовлетворяет требованиям экономичности. Несмотря на это, ее часто применяют из-за простоты, при автоматизации промышленных котлов небольшой производительности. При этом вместо непосредственного измерения расхода топлива его оценивают по вспомогательным показателям, например по сумме чисел оборотов питателей пыли, обслуживающих котел, или по положению органа, регулирующего производительность питателей. В схеме регулирования «топливо — воздух» часто вводится корректирующее воздействие по содержанию 02 в дымовых газах.

2.2. Описание функциональной схемы автоматизации объекта управления

Контролируемые параметры:

А) входные параметры:

PE1 – давление пара в паровой магистрали;

PE42 – давление газа в газопроводе;

PE5 – давление воздуха в воздухопроводе

QE3 – расход газа;

Б) выходные параметры:

QE3 – расход газа;

QE2 – расход воздуха;

Функциональная схема системы-стабилизации подачи газа и воздуха в топку котла, выполненная в соответствии с ГОСТ 21.40485. Расход газа и воздуха стабилизируют посредством регулятора QRC который обеспечивает поддержание заданного их значения следующим образом.

Сигнал датчика 6, пропорциональный текущему значению давлении и расхода газа в газопроводе, поступает через нормирующий преобразователь и регистрирующее устройство QR2 в блок сравнения регулятора QRC. Вторым сигналом, поступающим в этот блок, является сигнал датчика 7. В то же время, в блок сравнения регулятора поступает сигнал от задатчика H. При равенстве нулю алгебраической суммы этих сигналов выходной сигнал регулятора отсутствует.

В противном случае блок сравнения регулятора QRC вырабатывает сигнал рассогласования, который в электронных блоках регулятора усиливается до заданной величины и преобразуется в соответствии с заданным законом регулирования.

С выхода регулятора QRC сигнал передается на усилитель мощности ns через ключ, предназначенный для выбора режима «ручной - автоматический».

Усилитель ns усиливает сигнал до заданной мощности и подает его на управляющую обмотку электрического исполнительного механизма M, состоящего из размещенных в одном корпусе электродвигателя и редуктора.

Исполнительный механизм M предназначен для перемещения поворотной заслонки 7A, установленной на воздухопроводе. Перемещение заслонки уменьшает либо увеличивает проходное сечение трубопровода за счет чего изменяется расход воздуха.

Параллельно подача газа контролируется по изменению давления в паропроводе паровой магистрали.

Входной сигнал датчика давления поступает через регистрирующий прибор PR в регулятор PRC, обрабатывается компьютером, который сравнивает текущее значение измеряемого параметра с заданным на задатчике Н. Выходной сигнал с регулятора поступает через ключ на усилитель мощности NS, откуда выходной сигнал передается на исполняющий механизм.

Изменение расхода газа и воздуха происходит до тех пор, пока выходной сигнал регулятора не станет равным нулю, т.е. пока регулируемые расходы газа и воздуха, поступающего в топку котла не достигнут заданного значения.

В случае несоответствия текущих значений измеряемых величин заданным, на щите оператора срабатывает световая и звуковая сигнализация.

2.8 Выбор вторичных приборов

В зависимости от вида выходной величины датчика выбирают следующие вторичные приборы:

- автоматические мосты (КСМ) при выходном параметре датчика - величине активного сопротивления;

автоматические потенциометры (КСП), если сигнал датчика представляет собой напряжение постоянного тока;

приборы с дифференциально-трансформаторной схемой (КСД) при выходной величине датчика - напряжении переменного тока;

- миллиамперметры (КСУ), если выходной сигнал датчика - унифицированный сигнал постоянного тока 0-4 мА и 420 мА.

Диапазон измерения вторичного прибора определяется рабочим диапазоном датчика. Погрешности показаний и записи вторичного прибора не должны превышать погрешности датчика.

Инерционность датчиков и вторичных приборов должна быть, как правило, на 1-2 порядка меньше инерционности объектов управления.

Автоматические регистрирующие приборы типа КСУ2 (мосты, потенциометры и приборы с дифференциально-трансформаторной схемой) работают с электронными усилителями типа УПД (УПД1, УПД-2, УПДЗ.

В одноканальных приборах типов КСУ2, КСУ-4 регистрация измеряемой величины производится непрерывно на диаграммной ленте при движении каретки вдоль шкалы. Записывающее устройство одноканального прибора состоит из пишущего узла, закрепленного на каретке.

В многоканальных приборах регистрация измеряемой величины осуществляется циклично нанесением на диаграммной ленте цветных точек с указанием порядкового номера канала в момент остановки каретки. Цифра, появившаяся в окошке каретки, указывает на номер канала, сигнал которого будет зафиксирован в последующий цикл печатания.

Регистрирующее устройство многоканального прибора состоит из непосредственно печатающего барабана с нанесенными на его поверхность точками с соответствующими цифрами. В зависимости от типов самих регистрирующих приборов устанавливаются соответствующие печатающие устройства на 4, 6 и 12 точек измерения. Для удобства контроля и расшифровки контролируемых параметров питающее устройство имеет обойму фетровых секторов, пропитанных краской.

Подбираем вторичный прибор типа КСУ4 с выходным сигналом 420 мА с классом точности 0,5.

Заключение

В данной работе был рассмотрена система автоматизации подачи газа и воздуха в току котла по пропорционально-интегральному закону, состоящая из двух частей:

1) контур регулирования подачи газа в топку котла по давлению пара в паровой магистрали;

2) контур подачи воздуха в топку котла по расходу газа;

для каждого контура подобраны средства автоматизации. Далее, исходя из уравнения движения, постоянной времени объекта управления и времени запаздывания были построены динамические временные и частотные характеристики, их анализа которых следует, что объект регулирования является высокочастотным, т. е. реагирует на достаточно быстрые изменения регулируемой величины, для него характерны малая инерционность, отсутствие времени запаздывания.

Проверка замкнутой системы автоматизации на устойчивость по критерию Найквиста дала положительные результаты. Таким образом, рассмотренная система автоматизации заводской котельной установки пригодна к использованию.

002.dwg

001.dwg