Содержание
Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов
Введение
1. Расчетно-техническая часть
1.1. Описание промышленной котельной
1.1.1 Общие сведения
1.1.2 Характеристика котельной
1.1.3 Описание технологического процесса производства теплофикационной воды
1.1.3.1 Химводоочистка
1.1.3.2 Деаэрирование воды
1.1.3.3 Работа котла КВГМ-100
1.1.4 Описание сигналов, используемых в работе
1.2 Характеристика существующей АСУ ТП промышленной котельной28
1.2.1 Структура АСУ ТП промышленной котельной
1.2.2 Функции и основные рабочие характеристики АСУ ТП промышленной котельной
1.2.3 Система автоматического управления работой котла КВГМ-100
1.2.4 Проблемы в системе управления и контроля за технологическими
процессами
1.3 Постановка задачи на разработку системы автоматического управления
1.3.1 Обзор существующих методов решения поставленной задачи
1.4 Разработка функциональной схемы и расчет математической модели
1.4.1 Описание функциональной схемы
1.4.2 Описание математической модели
1.4.3 Описание параметров настройки
1.5 Разработка алгоритма работы котла КВГМ-100
1.5.1 Описание алгоритма работы
1.5.2 Стандартные алгоритмы, примененные в алгоритме работы
1.6 Выбор и обоснование технического обеспечения
1.6.1 Контроллер регулирующий микропроцессорный Ремиконт
1.6.2 Краткие характеристики других типов контроллеров
1.6.3 Выбор контроллера
1.6.4 Частотный преобразователь VEB DDU – 380/390
1.6.5 Краткие характеристики других типов частотных преобразователей
1.6.6 Выбор частотного преобразователя
1.6.7 Выбор ПЭВМ и адаптера связи
1.6.7.1 Выбор ПЭВМ
1.6.7.2 Выбор адаптера связи ПЭВМ и контроллера
1.7 Разработка информационного обеспечения
1.7.1 Разработка информационного обеспечения на базе ППП СКАТ-Х
1.7.2 Описание входных и выходных сигналов контроллера
1.8 Выбор и обоснование математического и системного обеспечения
1.8.1 ППП СКАТ-Х
1.8.1.1 Назначение системы
1.8.1.2 Технические характеристики станции СКАТ-Х
1.8.1.3 Состав системы
1.8.1.4 Общие принципы построения системы СКАТ-Х
1.8.2 Система автоматизации и проектирования АСУ ТП TRACE MODE
1.8.2.1 Описание системы
1.8.2.2 Требования к аппаратному обеспечению Trace Mode
1.8.3 Обоснование выбора математического и системного обеспечения
1.9 Разработка программного обеспечения на базе ППП СКАТ-Х
1.9.1 Описание каналов, адаптера и входов
1.9.2 Создание мнемосхем процесса
1.9.3 Создание иерархии схем и карты аварий
1.10 Разработка организационного обеспечения
1.11 Оценка вероятности безотказной работы системы
1.12 Расчет исполнительного механизма
1.13 Определение научно-технического уровня разрабатываемой системы
2. Охрана труда и техника безопасности
2.1 Анализ влияния вредных и опасных производственных факторов на организм человека
2.1.1 Шум. Защита от шума
2.1.2 Влияние вибрации
2.1.3 Воздействие вредных газов
2.1.4 Взрывоопасность помещений. Способы тушения пожаров
2.1.5 Воздействие электрического тока
2.1.6 Освещение помещений и рабочих мест с ПЭВМ
2.1.6.1 Расчет искусственного освещения
2.2 Разработка инструкции по охране труда для машиниста центрального щита управления
2.2.1 Общие сведения
2.2.2 Действия во время ремонта котельного оборудования
2.2.3 Требования безопасности перед началом работы
2.2.4 Требования безопасности во время работы
2.2.5 Требования безопасности по окончании работы
3. Организационно-экономическая часть
3.1 Организация производства
3.1.1 Организация производственного процесса
3.1.2 Организация труда
3.2. Оценка экономической эффективности
3.2.1 Расчет себестоимости вырабатываемого тепла
3.2.2 Капитальные затраты на автоматизацию
3.2.3 Оценка эффективности внедрения автоматики
3.2.4 Срок окупаемости капитальных вложений
Заключение
Список использованной литературы
Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов
ЛТС – локальная технологическая станция
ИРПС – интерфейс радиальной последовательной связи
ДТС – диспетчерская технологическая станция
МПК – микропроцессорный контроллер
ПЧ – частотный преобразователь
ТСЦ – теплосиловой цех
Введение
Комплексная автоматизация управления технологическими процессами, производством и народным хозяйством является одним из важнейших стратегических направлений развития экономики. Наряду с созданием новых материалов и технологий, автоматизация технологических процессов и производств является приоритетным направлением экономического развития.
Все виды производственной деятельности, содержащие действия по изменению исходного сырья с целью получения предмета производства, называют технологическим процессом.
Автоматизация такого процесса предполагает регулирование температуры, давления, расхода газо-жидких энергоносителей. Управление реализуется посредством передовых систем измерения параметров, обработки данных, контроля и оптимизации режимов процесса.
Автоматизация технологических процессов значительно повышает культуру производства и значительно облегчает труд человека, позволяет переложить выполнение тяжелой физической работы на плечи автоматики. При внедрении автоматизированных систем, функции рабочего сводятся к контролю за работой машин. Персонал может находиться на безопасном расстоянии от агрегатов. Внедрение автоматизации создает условия для коренного улучшения условий труда и безопасности работ, дает возможность увеличить производительность труда. Наряду с этим улучшаются работа машин, ход технологического процесса и качество продукции.
При удачном решении поставленных перед автоматизацией задач, откроются новые горизонты в развитии и совершенствовании работы предприятия.
1. Расчетно-техническая часть
1.1 Описание промышленной котельной
1.1.1 Общие сведения
В зависимости от характера тепловых нагрузок котельные установки принято разделять на следующие типы:
производственные котельные – котельные, предназначенные для снабжения теплотой технологических потребителей;
производственно-отопительные котельные – котельные, осуществляющие теплоснабжение технологических потребителей, а также дающие теплоту для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных сооружений.
В зависимости от характера производства и работы агрегатов, установленных на предприятии, снабжение теплотой для технических нужд требуется периодически на время двух или одной смены.
В котельной установке установленная теплопроизводительность всех агрегатов должна соответствовать максимальной нагрузке.
В производственных котельных расход пара или горячей воды зависит от мощности производственных установок и характера их работы. Эти котельные при непрерывной работе всех цехов и установок предприятия обычно имеют сравнительно мало меняющийся суточный график нагрузки. Производственно-отопительные котельные снабжают паром потребителя чаще всего в течение двух или одной смены. Потребление горячей воды на вентиляцию и технологические нужды ограничено теми же сменами, когда потребляется пар, а жилищно-коммунальные нужды требуют круглосуточной подачи горячей воды.
1.1.2 Характеристика котельной
Котельная предназначена для выработки перегретого пара и теплофикационной воды. В котельной ОЭМК установлены четыре котла КВ-ГМ-100, один котел ГМ-50-14 и три котла БКЗ-75-39 ГМА. Основное топливо, используемое котельной является природный газ Шебелинского месторождения , на случай отсутствия основного топлива имеется резервное топливо, представляющее собой мазут марки 100 .
Теплоносителями котельной ОЭМК, являются высокотемпературная вода 150 – 70 0
С с постоянной и переменной температурой на выходе из котельной и перегретый пар давлением 23 ата и температурой 270 0
С.
Система теплоснабжения производственной котельной закрытая (смотри рисунок 1), т.е. теплофикационная вода находится в замкнутом цикле. Постоянно в теплосети находится 20-25 тыс. м3
воды. Водоподготовка проходит несколько стадий: осветление с коагуляцией и известкованием, и Na-катионирование, после чего вода поступает в теплосеть.
Потребителями теплоносителей по пару являются ЗСК (завод силикатного кирпича), СПЦ-1, ЭСПЦ-2 и ОСМиБТ, а по теплофикационной воде все производственные помещения предприятия.
Производительность котельной: по перегретой воде – 400 Гкал
/час
и по пару – 155 Гкал
/час
.
1.1.3 Описание технологического процесса производства теплофикационной воды
1.1.3.1 Химводоочистка
В состав химводоочистки промкотельной входят: осветлители, блок осветлительных фильтров, блок Na-катионитовых фильтров I и II ступени, NaCl-ионитовый фильтр.
Источниками водоснабжения химводоочистки является река Оскол или техническая вода, подаваемая с центральной водоподготовки.
Рис.1 Функциональная схема подачи воды на предприятии
· Блок осветлительных фильтров:
Исходная вода насосами Д-320-50: а при давлении в трубопроводе более 4 кгс/см2
минуя их, последовательно подается на подогреватели технической воды и осветлитель ВТИ-400. Из осветлителя вода поступает в баки известково-коагулированной воды, оттуда насосами известково-коагулированной воды Д-320-50 подается на осветлительные механические двухкамерные фильтры.
Эксплуатация осветлительных фильтров
Блок осветлительных (см. рис. 2) фильтров состоит из 3-х двухкамерных фильтров диаметром 3400 мм, загруженных дробленым антрацитом. Высота загрузки 1000 мм в каждой камере.
Фильтр состоит из следующих элементов: корпуса двух нижних и двух верхних распределительных устройств, трубопроводов, запорной арматуры, КИП и фильтрующей загрузки.
Рис.2 Схема осветлительного фильтра
Корпус фильтра цилиндрический, сварной из листовой стали, снабжен двумя лазами. Внутри фильтр разделен металлическим днищем на 2 камеры: верхнюю и нижнюю. Один лаз расположен в верхней камере и один - в нижней. Лазы в нижней и верхней камерах предназначены для загрузки фильтрующего материала в камеры, ревизии и ремонта верхнего и нижнего распределительных устройств, а также периодического осмотра состояния поверхности фильтрующего материала в камерах. Корпус фильтра рассчитан на избыточное давление 6 кгс/см2
, превышать которое запрещается.
0бе камеры соединены для выравнивания давления анкерными трубами, выполняющими также роль воздухоотводчиков из нижней камеры в верхнюю. На дно каждой камеры установлена трубчатая дренажная система, изготовленная полностью из нержавеющей стали со щелями шириной приблизительно 0,4 мм, которая служит для отвода осветленной и подвода взрыхляющей воды, а также подачи воздуха при промывке. Особенности эксплуатации двухкамерных осветлительных фильтров состоит в том, что обе камеры включают в работу и останавливают на промывку одновременно, т. к. обе камеры во избежание повреждения промежуточного днища должны всегда находиться под одинаковым давлением.
Принцип работы осветлительных фильтров
Осветление воды в осветлительных фильтрах осуществляется в процессе фильтрования ее через слой фильтрующего материала и достигается в результате механического задержания взвешенных веществ на поверхности фильтрующего слоя, особенно после образования на нем пленки из грубодисперсной взвеси и их прилипания к поверхности зерен материала. Но наряду с прилипанием взвешенных частиц к зернам фильтрующей загрузки под действием гидродинамических сил потока, происходит отрыв ранее прилипших частиц, причем с накоплением осадка интенсивность этого процесса увеличивается.
По мере загрязнения фильтрующего слоя уменьшается скорость фильтрования и производительность фильтра. При достижении максимально допустимого загрязнения, характеризуемого предельно допустимой потерей напора, или при появлении в осветленной воде взвешенных веществ (снижении ее прозрачности) фильтр включают на промывку. Отключение осветлительных фильтров производится при увеличении потери напора в фильтре до 1,0 кгс/см2
или при снижении прозрачности воды менее 40 см по шрифту.
· Блок Na-катионитовых фильтров.
Далее осветленная вода поступает на Na-катионитовые фильтры I ступени, оттуда вода поступает через бак в подпиточный деаэратор теплосети.
Эксплуатация Na-катионитовых фильтров
Блок Na-катионитовых фильтров (см. рис. 3) состоит из 3-х фильтров 1-ой ступени; 2-х фильтров 2-ой ступени. Фильтр имеет диаметр 3400 мм. Na-катионитовые фильтры загружены сульфоуглем на высоту 2500 мм.
Фильтр состоит из следующих элементов: корпуса, нижнего и верхнего распределительных устройств, подводящих и отводящих трубопроводов, запорной арматуры, КИП пробоотборных устройств и фильтрующей загрузки. Корпус фильтра цилиндрический, сварной, из листовой стали, снабжен двумя лазами. Верхний лаз предназначен для загрузки фильтрующего материала, ревизии и ремонта верхнего распределительного устройства, а также для периодического осмотра состояния поверхности фильтрующего материала. Нижний лаз предназначен для монтажа нижних распределительных устройств, их периодической ревизии и ремонта. Корпус фильтра рассчитан на избыточное давление 6 кгс/см2
., превышать которое запрещается.
Верхнее распределительное устройство представляет собой трубчатую систему типа "паук" с отверстиями и служит для подвода обрабатываемой воды и регенерационного раствора, а также для отвода воды при взрыхлении катионита. Нижнее распределительное устройство представляет собой трубчатую систему со щелями приблизительно 0,4 мм и служит для равномерного распределения по всему сечению фильтра проходящей через него воды, отвода умягченной, отмывочной воды я регенерационного раствора, а также для подвода воды для взрыхления катионита.
Рис. 3 Схема Na-катионитового фильтра
Дренажные и распределительные устройства фильтров должны быть установлены горизонтально с отклонениями ± 2 мм на 1 м, но не более ± 5 мм на всю длину распределительных трубок. Фронт фильтров оборудован трубопроводами, запорной арматурой, пробоотборными устройствами для отбора проб поступающей и обработанной воды/манометрами на входном и выходном трубопроводах фильтров и расходомерами на трубопроводах, подающих воду на фильтр для обработка и взрыхления. После гидравлического испытания фильтра его днище бетонируют гидротехническим бетоном 1:3:6 с верхней цементной оттяжкой состава 1:3, высотой 50 - 60 мм и железнением поверхности. При использовании цемента марки "400" и выше заполняют битумом Б-V с наполнителем антрацитом крупностью до 25 мм при верхней стяжке, высотой 50-60 мм. из мастики битуминоль марка Н-2. В фильтр, предварительно частично заполненный водой, гидротранспортером или вручную загружают фильтрующий материал и, после повторного гидравлического испытания проводят взрыхляющую промывку для удаления мелочи и грязи; после чего фильтр включают в работу.
Процесс обработки воды
Процесс обработки воды заключается в последовательном прохождении воды через Na-катионитовые фильтры, где происходит умягчение воды. Умягчение воды катионированием осуществляется в процессе фильтрования ее через слой сульфоугля, частицы которого содержат катион натрия, способный к объемному разделению на накипеобразующие катионы кальция и магния. В результате этого в профильтрованной умягченной воде содержатся лишь натриевые соли, обладающие большой растворимостью и не образующие отложений на внутренней поверхности теплообменных аппаратов и парогенераторов.
Указанные реакции обмена могут быть представлены следующими уравнениями, где буквой R обозначен сложный комплексный анион катионита.
Ca (HCO3
)2
+ 2NaR = CaR2
+ 2NaHCO3
Mg (HCO3
)2
+ 2NaR = MgR2
+ 2NaHCO3
CaCl2
+ 2NaR = CaR2
+ 2NaCl
MgCl2
+ 2NaR = MgR2
+ 2NaCl
CaSO4
+ 2NaR = CaR2
+ Na2
SO4
MgSO4
+ 2NaR = MgR2
+ Na2
SO4
Как видно из уравнений, в процессе умягчения изменяется не только солевой состав, но и состав катионита.
Прошедшая через Na-катионитовые фильтры вода содержит только NaCl и частично NaHCO3
, Na2
SO4
.
1.1.3.2 Деаэрирование воды
Химочищенная вода с помощью насосов Д-320-70 подается в деаэраторы паровых котлов.
Вакуумный деаэратор ДВ-100 (см. рис. 4) иначе термический деаэратор работают под давлением ниже атмосферного, что составляет –0,8 кгс/см2
.
Термическая деаэрация воды основана на использовании закона Генри (закон о растворимости газов в жидкости). Согласно этому закону концентрация какого-либо газа, растворенного в жидкости, прямо пропорционально зависит от концентрации газа в парогазовой смеси над жидкостью. Таким образом, если концентрация газа в парогазовой смеси падает до нуля, то и растворимость его в жидкости также снижается до нуля.
Концентрация газа в смеси определяется его парциальным давлением, т.е. давлением, которое он имел бы, если бы один занимал весь рассматриваемый объем. В итоге можно выразить закон Генри так: растворимость газа в воде прямо пропорциональна его парциальному давлению над водой.
Кипение жидкости происходит при такой температуре, при которой давление паров жидкости по величине равно полному давлению над кипящей водой, и тогда парциальные давления газов в парогазовой смеси над кипящей водой практически близки к нулю, т.е. согласно закону Генри, растворимость газов в кипящей воде равна нулю.
Нулевая растворимость газов может быть достигнута при любой температуре кипения, а значит и при температуре кипения ниже 1000
С. Таким образом, деаэрацию воды можно осуществить при давлении ниже атмосферного, т.е. в вакууме.
В вакуумном деаэраторе 90-95 % кислорода выделяются из воды в виде пузырьков, остальная часть – путем диффузии.
Большая часть пара, около 70-90 %, поступающего в вакуумный деаэратор, расходуется на нагрев воды и конденсируется. Конденсат смешивается с основным поток воды, остальная часть пара проходит через всю колонку. Этот пар вентилирует колонку и сдувает с поверхности воды выделяющиеся газы. Парогазовая смесь отсасывается из деаэратора вакуумными насосами. Деаэратор представляет собой цилиндр, расположенный вертикально, в котором имеются две ступени дегазации: струйная и барботажная.
Химочищенная вода по трубе поступает в колонку деаэратора на дырчатую тарелку. Затем вода через отверстия стекает на перепускную тарелку, откуда через отверстие в виде сегмента поступает на барботажный лист. Греющий пар подается под барботажный лист, образуя паровую подушку, и, проходя через щели листа и слой воды, подвергает воду обработке. Пар, прошедший барботажный лист, движется в верхнюю часть колонки, пересекая струйный поток между тарелками нагревает и деаэрирует воду. При этом некоторая часть его конденсируется и только после прохождения охладителя выпара вся остальная часть полностью конденсируется. Конденсат из охладителя выпара сливается самотеком в колонку деаэратора. Выделившиеся газы удаляются через трубу. Деаэрированная вода отводится из колонки через трубу.
Рис.4 Схема деаэратора
Вакуумные водокольцевые насосы предназначены для создания вакуума в закрытых аппаратах. Для работы насосов не требуется очистка поступающего в них воздуха и газа, а также допускается попадание в насос жидкостей с засасываемым воздухом.
Вверху внутренняя поверхность водяного кольца касается ступицы колеса и препятствует проникновению воздуха с нагнетательной стороны на всасывающую сторону.
На первом полуобороте рабочего колеса внутренняя поверхность водяного кольца постепенно удаляется от ступицы. Образующийся между лопатками насоса свободный объем заполняется воздухом из всасывающего патрубка через всасывающее окно в торцевой крышке корпуса насоса.
На протяжении второго полуоборота колеса внутренняя поверхность приближается к ступице. Воздух, находящийся между лопатками, сжимается и вытесняется в нагнетательный патрубок через специальное окно в корпусе насоса.
В водокольцевых насосах перемещение воздуха из всасывающего патрубка в нагнетательный совершается непрерывно.
Так как газ, выходящий из нагнетательного патрубка, выбрасывает и воду, причем в том же количестве, которое поступило в насос из водопровода, то для отделения воды от газа и сбора ее предусмотрен водоотделитель. Водоотделитель представляет собой небольшой бак, в верхней части которого предусмотрено отверстие для отвода воздуха наружу, в нижней же части приварена сливная труба для воды.
1.1.3.3 Работа котла КВГМ-100
Деаэрированная вода при температуре 7000
С подается в водогрейный котел КВГМ-100, где нагревается до 1500
С и поступает в теплосеть ОЭМК.
Устройство котла
Газомазутный котел теплопроизводительностью 100Гкал/ч выполнен по П-образной схеме (см. рис. 5) и может быть использован как в отопительном режиме (70-1500
С), так и в пиковом (100-1500
С).
Рис.5 Схема котла КВГМ-100
Топочная камера котла и задняя стена конвективной шахты закрыты экранами (см. рис. 6) из труб диаметром 60x3 мм с шагом 64 мм. Конвективная поверхность нагрева котлов состоит из трех пакетов. Каждый пакет набирается из U-образных ширм, выполненных из труб диаметром 28x3 мм. Ширмы в пакетах расположены параллельно фронту котла и расставлены таким образом, что их трубы образуют шахматный пучок. Боковые стены конвективной шахты закрыты трубами диаметром 83х3,5 мм с шагом 128 мм, служащими одновременно стояками ширм. Стояки сдвинуты относительно друг друга на 64 мм, что обеспечивает возможность размещения ширм в плане шахты в виде гребенок с шагами шахматного конвективного пучка. Все трубы, образующие экранные поверхности котла, вварены непосредственно в коллекторы диаметром 273х11 мм.
Рис. 6 Схема движения воды и расположения экранных труб котла КВГМ-100
Для удаления воздуха из трубной системы при заполнении котла водой на верхних коллекторах установлены воздушники. Взрывные предохранительные клапаны установлены на потолке топочной камеры.
Для удаления наружных отложений с труб конвективных поверхностей нагрева котел оборудован дробеочистительной установкой.
Котел выполнен бескаркасным. Нижние коллекторы фронтового, промежуточного и заднего экранов, а также боковых стен конвективной шахты опираются на портал. Опора, расположенная в середине нижнего коллектора промежуточного экрана, является неподвижной. Нагрузка от боковых экранов топочной камеры передается на портал через переднюю и заднюю стенки котла и частично через специальную ферму, установленную на портале. Помосты котла крепятся к стойкам, опирающимся на кронштейны портала.
На фронтовой стенки котла устанавливаются три газомазутные горелки с ротационными форсунками.
Функционирование котла КВГМ-100.
Процесс растопки котла на газе. Для растопки котла на газа вначале производится подготовка газопроводов. Для этого проверяют закрытие всей арматуры по газу к горелкам ГПГ-21, 22, 23, открывают свечи безопасности ГПС-21, 22, 23 и продувочные свечи ГПС-20, 24. Далее проверяют давление газа в общецеховом газопроводе, которое должно быть не ниже 0,5 кг/см2
. Устанавливают поворотную заглушку после задвижки ГПК-21 в положение "открыто". После установки заглушки открывают регулятор ГПР-21, также открывают и вводят в зацепление отсечной клапан по газу ГПО-21 и открывают задвижку ГПК-21. Продувку газопровод котла производят через свечу ГПС-24. Окончание продувки определяют по содержанию кислорода в пробах, отобранных через кран после задвижки ГПС-24. В двух последовательно отобранных пробах содержание кислорода не должно превышать 1%. После этого задвижку ГПС-24 закрывают.
Также подготавливают защитно-запальное устройство. Для чего открывают вентиль подачи газа на запальники ГЗУ-21, продувают газопровод к запальникам через свечу ГПС-20. Здесь также окончание продувки определяют по содержанию кислорода в пробах, отобранных через кран после вентиля ГПС-20. В двух последовательно отобранных пробах содержание кислорода не должно превышать 1%. После чего вентиль ГПС-20 закрывают. Далее включают в работу все приборы и манометры по давлению и расходу газа в газопроводе и у горелок.
После того, как подготовили газопровод производят подготовку воздуховодов котла. Вначале закрывают направляющие аппараты дутьевых вентиляторов ВзР-1,ВзР-2. После закрывают шиберы Вз-21, Вз-22 от вентилятора ДВ-2 и шиберы ВзГ-1,ВзГ-3 на горелки NN 1,3. Затем открывают шиберы Вз-11, Вз-12 от вентилятора ДВ-1 и открывают шибер ВзГ-2 на горелку № 2.
Далее производят вентиляцию топки и газоходов. Закрывают направляющий аппарат дымососа. Затем включают электродвигатель дымососа и проверяют по амперметру нагрузку. Закрывают направляющий аппарат ДВ-1, ВзР-1 и включают электродвигатель
вентилятора, одновременно проверяют нагрузку по амперметру. Открывают направляющие аппараты дымососа и вентилятора и устанавливают расход воздуха 35 тыс. м3
/час. Помимо этого регулируют разрежение в топке 2-3 кг/м2
и вентилируют топку и газоходы в течение 15 минут.
Затем производят розжиг горелки № 2, где отключают тумблером на ЦТЩУ-1 общую защиту по погасанию факела. Устанавливают ключ розжига на местном щите розжига в положение "вкл" и включают тумблер защиты по погасанию факела в топке для горелки № 2 – на местном щите розжига. Устанавливают регулятором ВзР-1 давление воздуха в воздуховоде 50-55 кг/м2
, а разрежение в топке направляющим аппаратом дымососа устанавливают 3-5 кг/м2
. Включают ключ защиты, при этом включаются все защиты, кроме защиты по погасанию факела. Регулятор ГПР-21 открывается на 10-20% по дистанционному указателю положения. Открывают дистанционно кнопкой со щита или по месту задвижку с электроприводом ГПГ-22. Удаляют фотодатчик контроля факела из канала. При нажатии кнопки "вкл" на приборе ЗЗУ горелки № 2, загорается газ на запальнике. Газ загорается при открытии задвижки ГПГ-220. Одновременно ведется контроль разрежения в топке в пределах 3-5 кг/м2
. Закрывают вентиль свечи безопасности ГПС-22 и устанавливают фотодатчик контроля факела на место. Факел запальника при этом гаснет. При нажатии кнопки "откл" на приборе ЗЗУ погаснет ручной запальник. Затем устанавливают ключ розжига в положение "откл" и регуляторами ГПР-21, ВзР-1, и направляющим аппаратом дымососа устанавливают давление газа и воздуха в соответствии с режимной картой, разрежение при этом 2-3 кг/м2
. В конце всего цикла включается общий тумблер защиты по погасанию факела в топке на ЦТЩУ-1.
Далее производят розжиг горелок №№ 1,3. Закрывают направляющий аппарат ДВ-2 ВзР-2. Включают электродвигатель вентилятора и проверяют нагрузку по амперметру. Открывают шиберы Вз-21,Вз-22 и постепенно открывают шиберы ВзГ-1 и ВзГ-3. При этом поддерживают давление воздуха в общем воздуховоде не ниже 150 кг/см2
регуляторами ВзР-1 и ВзР-2, распределяя нагрузку двух вентиляторов поровну. Направляющим аппаратом дымососа поддерживают разрежение в топке 3-5 кг/см2
. Отключают тумблером на ЦТЩУ-1 общую защиту по погасанию факела. Устанавливают ключ розжига на местном щите розжига в положение "Вкл" и включают тумблер защиты по погасанию факела в топке для горелки № 1 – на местном щите розжига. Открывают дистанционно кнопкой со щита или по месту задвижку с электроприводом ГПГ-21. Удаляют фотодатчик контроля факела из канала. При нажатии кнопки "вкл" на приборе ЗЗУ горелки № 1, загорается газ на запальнике. Газ сразу же загорается при открытии задвижки ГПГ-210. При этом ведется контроль разрежения в топке в пределах 3-5 кг/м2
. Закрывается вентиль свечи безопасности ГПС-21 и устанавливается фотодатчик контроля факела на место. При этом факел запальника гаснет. При нажатии кнопки "откл" на приборе ЗЗУ гаснет ручной запальник. Устанавливают ключ розжига в положение "откл". Устанавливают ключ розжига на местном щите розжига в положение "вкл" и включают тумблер защиты по погасанию факела в топке для горелки № 3 – на местном щите розжига. Открывают дистанционно кнопкой со щита или по месту задвижку с электроприводом ГПГ-23. Выводят фотодатчик контроля факела из канала. При нажатии кнопки "вкл" на приборе ЗЗУ горелки № 3, загорается газ на запальнике. При открытии задвижки ГПГ-230, газ сразу же загорается. Одновременно ведется контроль разрежение в топке пределах 3-5 кг/м2
. Закрывают вентиль свечи безопасности ГПС-23 и устанавливают фотодатчик контроля факела на место. Факел запальника гаснет. При нажатии кнопки "откл" на приборе ЗЗУ гаснет ручной запальник и устанавливают ключ розжига в положение "откл".
После розжига всех горелок проверяют работу приборов по контролю факела на каждую горелку; при устойчивом горении на приборах должны гореть зеленые лампы "факел есть". При наличии 3-х зеленых лампочек - включают общий тумблер защиты по погасанию факела на ЦТЩУ-1.
Устанавливают регуляторами ГПР-21, ВзР-1, ВзР-2, направляющим аппаратом дымососа давление газа и воздуха перед горелками, разрежение в топке согласно режимной карте.
Розжиг горелок и увеличение расхода газа на сжигание регулятором ГПР-21 выполняют таким образом, чтобы температура сетевой воды на выходе из котла поднималась со скоростью не более 30 0
С в час. Во время подъема температуры воды в котле следят за перемещением элементов котла при тепловом расширении по указателям перемещения (реперам).
Если в процессе растопки не загорится или погаснет одна горелка (при работающих остальных), закрывают подачу газа на эту горелку и отключают ЗЗУ этой горелки. После устраняют причину погасания и продувают горелку воздухом. Затем приступают к повторному розжигу.
В случае полного обрыва факела в топке немедленно прекращают подачу газа к котлу (закрывают ГПО-21, ГПК-21, ГПГ-21, 22, 23, 210, 220, 230 и открывают ГПС-21, ГПС-22, ГПС-23), ключ розжига ставят в положение "откл" и устраняют причину погасания. Далее вентилируют топку и газоходы в течение 15 минут и приступают к повторному розжигу.
Процесс перевода котла с газа на мазут. Перевод котла со сжигания одного вида топлива на другой осуществляется по следующей схеме. Переводят ключ выбора топлива из положения "газ" в положение "нейтр" и подготавливают мазутопроводы котла. Для этого закрывают арматуру мазутопроводов на все котлы МВК-21, 22, 23, МВК-31, 32, 35, МВК-41, 42, 45. Подготавливают схему подачи мазута по трубопроводу № 1. Открывают задвижки на узле регулирования давления мазута МВЦ-1, МВЦ-3, МВЦ-4, открывают регулятор МВЦР на 20% по указателю положения и закрывают задвижки МВЦ-2, МВЦ-5. Перед этим подают заявку машинисту насосных установок по перекачке мазута на включение насоса подачи мазута к водогрейным котлам и установление циркуляции мазута по кольцу "резервуары, мазута-насос, мазута-регулятор, МВЦР-резервуары мазута". Далее следует запуск насоса подачи мазута, установление циркуляции мазута производят в соответствии с производственно-технической инструкцией по пуску, обслуживанию и остановке оборудования мазутного хозяйства котельной. Постоянно ведется контроль давления мазута в подающем мазутопроводе № 1 перед регулятором МВЦР. Регулятором МВЦР устанавливают давление мазута перед ним не менее 20 кг/см2
. Следом включается автоматика регулятора МВЦР для поддержания постоянного давления. При этом проверяется закрытие вентилей на линии подачи пара в мазутопровод МВП-21, ПМП-26, наличие заглушки между ними и проверяется закрытие вентиля на МВД-2 на линии дренажа мазутопровода котла. Затем закрываются вентиля подачи мазута к горелкам МВГ-21, 22, 23, МВГ-210, 220, 230 и закрываются вентиля по пару на распыливание мазута ПМГ-21, 22, 23, и вентиля по пару на пропарку форсунок ПМП-21, 22, 23. Открывается и вводится в зацепление отсечной клапан МВКО-21. Открываются задвижки МВК-21, 23, 24, 25 и приоткрывается регулирующий клапан МВРК-2, устанавливается циркуляция мазута в мазутопроводе с давлением не менее 15 кг/см2
. Устанавливают форсунку № 2 в горелку № 2 и подсоединяют форсунку по пару и мазуту. Затем подают пар в паропроводы котла. Открывают вентиля ПМД-21, 22, 23, 24 по конденсату в конденсатный бак. Открывают вентиль ПМГ-20 подачи пара в паропровод для распыливания мазута, прогревают паропровод через вентиля ПМД-21, 22 и открывают вентиль ПМП-20 подачи пара в паропровод для пропарки форсунок, прогревают паропровод через вентиль ПМД-22. После всех операций закрывают вентиль ПМД-22, дренаж конденсата из паропровода производят через кондесатоотводчик и вентиля ПМД-21, 23, 24. Открывают вентиля ПМГ-22, ПМП-22 и проверяют паром плотность подсоединения форсунки к трубопроводам пара и мазута. Закрывают вентиля ПМГ-22, ПМП-22.
Далее дается указание машинисту насосных установок по перекачке мазута поднять температуру мазута к водогрейным котлам до 115-120"С.
Производится замер температуры мазута перед котлом ртутным термометром в кармане после расходомерной шайбы на мазутопроводе котла.
Чтобы перевести горелку № 2 на сжигание мазута, открывают вентиль с электроприводом МВГ-22. Открывают вентиль ПМГ-22 и подают пар для распыливания мазута. После открывают вентиль МВГ-220 мазут загорается. При этом ведется контроль разрежения в топке в пределах 3-5 кг/см2
. Закрывают задвижки ГПГ-22, ГПГ-220, в то же время открывают свечу ГПС-22 и следят за процессом горения. Факел должен быть соломенного цвета, бездымный, устойчивый, без темных полос и светящихся "звездочек", отрыва факела быть не должно. При отрыве факела подтягивают его к амбразуре, для чего прикрывают шибер ВзГ-2 и закрыть задвижку на линии рециркуляции мазута МВК-25.
Перевод горелки № 1 на сжигание мазута осуществляется примерно по такой же схеме. Устанавливают форсунку № 1 в горелку № 1 и подсоединяют форсунку по пару и мазуту. Затем открывают вентиль с электроприводом МВГ-21, вентиль ПМГ-21 и подают пар для распыливания мазута. После этого мазут загорается при открытии вентиля МВГ-210. Так же ведется контроль разрежения в топке в пределах 3-5 кг/см2
. Затем закрываются задвижки ГПГ-21, ГПГ-210, открывая свечу ГПС-21. В течение всего цикла следят за процессом горения. Факел должен быть соломенного цвета, бездымный, устойчивый, без темных полос и светящихся "звездочек", отрыва факела быть не должно. При отрыве факела подтягивают его к амбразуре, для чего прикрывают шибер ВзГ-1.
Аналогично переводят и горелку № 3 на сжигание мазута. Устанавливают форсунку № 3 в горелку № 3.Подсоединяют форсунку по пару и мазуту. Далее открывают вентиль с электроприводом МВГ-23. Открывают вентиль ПМГ-23 и подают пар для распыливания мазута. Открывая вентиль МВГ-230 мазут сразу же загорается. При этом ведется контроль разрежения в топке в пределах 3-5 кг/см2
. Затем задвижки ГПГ-23, ГПГ-230 закрываются, открывая свечу ГПС-23. Здесь так же факел должен быть соломенного цвета, бездымный, устойчивый, без темных полос и светящихся "звездочек", отрыва факела быть не должно. При отрыве факела подтягивают его к амбразуре, для чего прикрывают шибер ВзГ-3.
Последними этапами являются закрытие задвижки ГПК-21, открытие свечи ГПС-24 и установка ключа выбора топлива в положение "мазут", при этом автоматически закроется отсечной клапан ГПО-21.
При плановом переводе котла на сжигание мазута сроком более чем на 3 суток, устанавливают поворотную заглушку после задвижки ГПК-21 в положение "закрыто".
Процесс растопки котла на мазуте. Для растопки на мазуте подготавливают паро-мазутопроводы котла. Затем закрывают арматуру мазутопроводов на все котлы МВК-21, 22, 23, МВК-31, 32, 35, МВК-41, 42, 45. Подготавливают схему подачи мазута по трубопроводу № 1, для чего открывают задвижки на узле регулирования давления мазута МВЦ-1, МВЦ-3, МВЦ-4 и открывают регулятор МВЦР на 20% по указателю положения. Одновременно закрываются задвижки МВЦ-2, МВЦ-5. Перед этим подается заявка машинисту насосных установок по перекачке мазута на включение насоса подачи мазута к водогрейным котлам и установление циркуляции мазута по кольцу "резервуары, мазута-насос, мазута-регулятор, МВЦР-резервуары мазута". В подающем мазутопроводе № 1 перед регулятором МВЦР ведется контроль давления мазута. Перед регулятором МВЦР устанавливается давление мазута 20 кг/см2
. Дале включается автоматика регулятора МВЦР для поддержания постоянного давления. Проверяется закрытие вентилей на линии подачи пара в мазутопровод МВП-21, ПМП-26, наличие заглушки между ними и закрытие вентиля МВД-2 на линии дренажа мазутопровода котла. Закрываются вентиля подачи мазута к горелкам МВГ-21, 22, 23, МВГ-210, 220, 230. Так же закрываются вентиля по пару на распыливание мазута ПМГ-21, 22, 23 и вентиля по пару на пропарку форсунок ПМП-21, 22, 23. Производится проверка закрытия всей арматуры по газу ГПК-21, ГПО-21, ГПР-21, ГПГ-21, 22, 23, 210, 220, 230 и открытие свечей ГПС-21, 22, 23, 24, 20. Затем устанавливают ключ выбора топлива в положение "мазут". Открывают и вводят в зацепление отсечной клапан МВКО-21. Открывают задвижки МВК-21, 23, 24, 25. Приоткрывают регулирующий клапан МВРК-2 и устанавливают циркуляцию мазута в мазутопроводе и давление 15 кг/см2
. Далее устанавливают форсунку № 2 в горелку № 2 и подсоединяют форсунку по пару и мазуту.
Подавая пар в паропроводы котла открывают вентиля ПМД-21, 22, 23, 24 по конденсату в конденсатный бак и вентиль ПМГ-20 подачи пара в паропровод для распыливания мазута, прогревая паропровод через вентиля ПМД-21, 22. Открывают вентиль ПМП-20 подачи пара в паропровод для пропарки форсунок и прогревают паропровод через вентиль ПМД-22. После закрывают вентиль ПМД-22, дренаж конденсата из паропровода производят через кондесатоотводчик и вентиля ПМД-21, 23, 24. Открывая вентиля ПМГ-22, ПМП-22, проверяют паром плотность подсоединения форсунки к трубопроводам пара и мазута. После всей операции закрывают вентиля ПМГ-22, ПМП-22.
Для подготовки воздуховодов котла закрывают направляющие аппараты дутьевых вентиляторов ВзР-1, ВзР-2 и шиберы Вз-21, Вз-22 от вентилятора ДВ-2, шиберы ВзГ-1, ВзГ-3 на горелки №№ 1,3. Открывают шиберы Вз-11, Вз-12 от вентилятора ДВ-1, и шибер ВзГ-2 на горелку № 2.
Вентиляция топки и газоходов производят следующим образом. Закрывают направляющий аппарат дымососа и включают электродвигатель дымососа, проверяя по амперметру нагрузку. Далее закрыть направляющий аппарат ДВ-1 ВзР-1 и включают электродвигатель вентилятора, проверяя нагрузку по амперметру. Открывают направляющие аппараты дымососа и вентилятора, при расходе воздуха 35 тыс. м3
/час и регулируют разрежение в топке 2-3 кг/м2
. Затем вентилируют топку и газоходы в течение 15 минут.
Дают указание машинисту насосных установок по перекачке мазута для поднятия температуры мазута к водогрейным котлам до 115-120"С.
Замеряют температуру мазута перед котлом ртутным термометром в кармане после расходомерной шайбы на мазутопроводе котла.
Подготавливают защитно-запальное устройство для чего переключают редуктор задвижки ГПК-21 на ручной привод и приоткрывают задвижку ГПК-21. Открывают вентиль подачи газа на запальники ГЗУ-21 и затем продувают газопровод к запальникам через свечу ГПС-20. Окончание продувки определяют по содержанию кислорода в пробах, отобранных через кран после вентиля ГПС-20. В двух последовательно отобранных пробах содержание кислорода не должно превышать 1%, после чего вентиль ГПС-20 закрывают.
Розжиг горелки № 2 происходит следующим способом. Отключают тумблером на ЦТЩУ-1 общую защиту по погасанию факела и устанавливают ключ розжига на местном щите розжига в положение "Вкл". Включают тумблер защиты по погасанию факела в топке для горелки № 2 – на местном щите розжига и удаляют фотодатчик контроля факела из канала. Устанавливают регулятором ВзР-1 давление воздуха в воздуховоде 50-55 кг/м2
, а разрежение в топке направляющим аппаратом дымососа 3-5 кг/м2
. Затем устанавливают ключ защит в положение включено. При этом включаются все защиты, кроме защиты по погасанию факела. Затем открывают вентиль с электроприводом МВГ-22, вентиль ПМГ-22 и подают пар для распыливания мазута. При нажатии кнопки "вкл" на приборе ЗЗУ горелки № 2, загорается газ на запальнике. При открытии вентиля МВГ-220, загорается мазут, при этом разрежение в топке, 3-5 кг/см2
. Во время процесса горения: факел должен быть соломенного цвета, бездымный, устойчивый, без темных полос и светящихся "звездочек" и отрыва факела быть не должно. При отрыве факела подтягивают его к амбразуре, для чего прикрывают шибер ВзГ-2 или уменьшают регулятором ВзР-1 давление воздуха. Устанавливают фотодатчик контроля факела на место, при этом факел запальника гаснет и нажимают кнопку "откл" на приборе ЗЗУ. Устанавливают ключ розжига в положение "откл". После включают общий тумблер защиты по погасанию факела в топке на ЦТЩУ-1 и закрывают задвижку на линии рециркуляции мазута МВК-25. Если в процессе розжига в форсунке мазут не загорелся, немедленно закрывают вентиля МВГ-22, 220, выводят ручной запальник из горелки и гасят его и вентилируют горелку, топку и газоходы котла в течение 10 минут при расходе воздуха 35 тыс. м3
/час. После устранения причины не воспламенения приступают к повторному розжигу.
Розжиг горелок №№ 1, 3 производят следующим образом. Закрывают направляющий аппарат ДВ-2 ВзР-2 и включают электродвигатель вентилятора, при этом проверяют нагрузку по амперметру. Открывают шиберы Вз-21, Вз-22 и постепенно открывают шиберы ВзГ-1 и ВзГ-3, при этом поддерживают давление воздуха в общем воздуховоде 150 кг/см2
регуляторами ВзР-1 и ВзР-2, распределяя нагрузку двух вентиляторов поровну. Направляющим аппаратом дымососа поддерживают разрежение в топке 3-5 кг/см2
. Отключают тумблером на ЦТЩУ-1 общую защиту по погасанию факела и открывают вентиль с электроприводом МВГ-21. При открытии вентиля ПМГ-21, подают пар для распыливания мазута. Устанавливают ключ розжига на местном щите розжига в положение "Вкл" и включают тумблер защиты по погасанию факела в топке для горелки № 1 - на местном щите розжига. Убирают фотодатчик контроля факела из канала и нажимают кнопку "вкл" на приборе ЗЗУ горелки № 1, при этом загорается газ на запальнике. При открытии вентиля МВГ-210 мазут сразу же загорается. Одновременно ведется контроль разрежения в топке, где поддерживают его в пределах 3-5 кг/см2
. Устанавливают фотодатчик контроля факела на место, при этом факел запальника гаснет и нажимают кнопку "откл" на приборе ЗЗУ. Устанавливают ключ розжига в положение "откл" и открывают вентиль ПМГ-23, одновременно подают пар для распыливания мазута. Устанавливают ключ розжига на местном щите розжига в положение "Вкл". После включают тумблер защиты по погасанию факела в топке для горелки № 3 - на местном щите розжига и убирают фотодатчик контроля факела из канала. При нажатии кнопки "вкл" на приборе ЗЗУ горелки № 3, загорается газ на запальнике. Открывают вентиль МВГ-230, при этом загорается мазут. В течение всего процесса ведется контроль разрежения в топке, где поддерживают его в пределах 3-5 кг/см2
. После проделанных операций устанавливают фотодатчик контроля факела на место, при этом факел запальника гаснет. Нажимают кнопку "откл" на приборе ЗЗУ и устанавливают ключ розжига в положение "откл". Если в процессе растопки не загорелась или погасла одна форсунка (при работающих остальных), закрывают подачу мазута на нее, гасят запальник ЗЗУ и устраняют причину погасания, продувая горелку воздухом. После чего приступают к повторному розжигу.
После розжига всех форсунок проверяют работу приборов по контролю факела на каждую горелку; при устойчивом горении на приборах должны гореть зеленые лампы "факел есть". При наличии 3-х зеленых лампочек - включают общий тумблер защиты по погасанию факела на ЦТЩУ-1.
Устанавливают регуляторами МВРК-2, ВзР-1, ВзР-2, направляющим аппаратом дымососа давление мазута и воздуха перед горелками, разрежение в топке согласно режимной карте.
Розжиг горелок и увеличение расхода мазута на сжигание регулятором МВРК-2 выполняют таким образом, чтобы температура сетевой воды на выходе из котла поднималась со скоростью не более 30 0
С в час. Во время подъема температуры воды в котле следят за перемещением элементов котла при тепловом расширении по указателям перемещения (реперам).
1.1.4 Описание сигналов, используемых в работе
Информацию о состоянии объекта управления можно получить через сигналы, приведенные в таблице 1.
Таблица 1. Используемые в работе сигналы.
| Наименование сигнала
|
| Расход газа |
| Расход мазута |
| Температура прямой сетевой воды |
| Температура обратной сетевой воды |
| Давление первичного воздуха |
| Давление разрежения в топке |
| Расход воздуха дутьевого вентилятора №1 |
| Расход воздуха дутьевого вентилятора №2 |
| Содержание кислорода |
1.2 Характеристика существующей АСУ ТП промышленной котельной
1.2.1 Структура АСУ ТП промышленной котельной
Основной задачей промышленной котельной является выработка перегретого пара и теплофикационной воды для нужд комбината.
За работу всей котельной отвечает, устаревшая морально и технически, релейная система управления, требующая своей полной замены на более современное оборудование.
1.2.2 Функции и основные рабочие характеристики АСУ ТП промышленной котельной
Комплекс задач, решаемых АСУ ТП промкотельной, предназначен для сбора информации со всех объектов управления, выработки управляющих воздействий, обеспечение руководства и производственного персонала цеха информацией о выполнении плана по производству, работе агрегатов цеха, с целью оценки хода производства и выявлении возможностей повышения эффективности управления производством.
1.2.3 Система автоматического управления работой котла КВГМ-100
Работа водогрейного котла проходит в несколько стадий. Ходом процесса управляет автоматическая система, точно соблюдающая все условия. Электрическая часть схемы системы приведена в приложении 1.
Схема автоматизации регулирования и контроля котлоагрегата предусматривают следующие системы:
· Система автоматического регулирования и контроля тепловой нагрузки котла.
Регулятор тепловой нагрузки работает от двух параметров:
Перепад давления, пропорциональный расходу воды создается на диафрагме ДКС 10 – 200 – А/Г (ВК-52), установленной на водопроводе, преобразуется измерительным преобразователем САПФИР-22М (57/2) в унифицированный токовый сигнал 0 – 5 мА и подается на блок извлечения корня БИК-1 (57/3), предназначенный для линеаризации статической характеристики преобразователя САПФИР-22М, с выхода которого поступает на регулятор РС 29.0.12 (57/4) и на вторичный прибор А542. Сигнал по изменению перепада температуры воды на выходе измеряется при помощи преобразователя САПФИР-22М. Унифицированный сигнал поступает на регулятор РС 29.0.12 и на вторичный прибор А542.
В регуляторе происходит суммирование сигналов (расход газа и температура воды) с преобразователей с заданным значением. Если эти величины равны, то регулятор не оказывает воздействия на объект. Если регулируемый параметр отклоняется от заданного значения, то на выходе регулятора вырабатывается импульсный сигнал, который в усилителе У29.3 преобразуется в изменение состояния бесконтактных ключей. Усилитель У29.3 имеет три бесконтактных ключа для управления исполнительным механизмом МЭО (57/6), вал которого через систему тяг и рычагов сочленен с регулирующим органом КРП 100 (57), изменяющим подачу газа в топку котла.
· Система автоматического регулирования и контроля общего воздуха.
Измерение расхода газа и воздуха производится преобразователем САПФИР-22ДД (65/2; 65/3). Сигнал 0 – 5 мА с преобразователя поступает на блок извлечения корня БИК-1 предназначенной для линеаризации статической характеристики преобразователя САПФИР-22ДД. Сигнал 0 –5 мА с блока извлечения корня БИК-1 поступает на вторичный прибор А 542 и на регулятор РС 29.0.12 (65/1).
В регуляторе РС 29 происходит суммирование двух поступающих сигналов, а затем сравнение их с заданным заданием. Если регулируемый параметр отклоняется от заданного значения, то на выходе электронного блока регулятора появляется сигнал рассогласования. При этом на выходе регулятора вырабатывается импульсный сигнал (24 В), который подается на усилитель У29.3. Усилитель У29.3 управляет исполнительным механизмом МЭО (65/14; 65/15), который с помощью регулирующего органа изменяет подачу воздуха. В данной системе ведется коррекция по заложенному в регулятор графику соотношения "газ – воздух".
· Система автоматического регулирования и контроля разрежения в топке котла.
Давление в топке котла измеряется при помощи преобразователя САПФИР-22М-2310 (66/2). Сигнал с преобразователя поступает на вторичный прибор А 542 и на регулятор РС 29.0.12 (66/1). В случае отклонения регулируемого параметра регулятора РС 29, который с помощью усилителя У 29.3 запитывает электродвигатель исполнительного механизма МЭО (66/5), изменяющего положения направляющих аппаратов дымососа.
· Система контроля давления.
Давление газа, воздуха, а также воды измеряется манометрами ОБМ.
· Система автоматического контроля температуры.
Измерение температуры производится с помощью термоэлектрических термометров ТХА-0179. Сигнал с термоэлектрических термометров поступает на вторичный регистрирующий и показывающий прибор А 542 (52/6).
За работу системы автоматического регулирования процесса выработки теплофикационной воды отвечают устаревшие приборы.
Котельная оборудована локальными регуляторами серии РС 29 различных модификаций: для регулирования давления РС 29.0, для регулирования разряжения РС 29.1, для регулирования температуры РС 29.2. Эти регуляторы расположены в щите, который находится в операторной комнате.
Данные регуляторы следят за следующими технологическими параметрами:
расход воды через котел, давление воздуха перед горелкой, разрежение в топке, температура воды перед ХВО, температура воды перед деаэратором, температура воды после деаэратора, уровень воды в деаэраторе, давление во всасывающем коллекторе сетевых насосов, уровень воды в баке аккумуляторе подпитки.
В котельной применяются измерительные преобразователи САПФИР-22 предназначенные для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра – давления избыточного, абсолютного, разрежения, разности давлений нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.
В котельной также установлены исполнительные электрические однооборотные механизмы постоянной скорости МЭО-25/25 – 0,25, предназначенные для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.
На щит в операторной комнате также выведены параметры воды, природного газа, мазута, дымовых газов, которые регистрируются на приборах А 542, оборудованных самописцами. Приборы аналоговые показывающие одноканальные и двухканальные А 542 предназначены для измерения силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в электрические сигналы.
1.2.4 Проблемы в системе управления и контроля за технологическими
процессами
Существующий уровень автоматизации промышленной котельной рождает большое количество проблем в системе управления и контроля за технологическими процессами.
Токовые преобразователи, подключенные к датчикам давления и температуры, выдают унифицированные сигналы 0 – 5 мА. В случае отсутствия контакта в реле, тока в измерительной цепи нет, и на вход регулятора ничего не поступает. Регулятор воспринимает это, как отсутствие давления в котле и стремится как можно быстрее уменьшить ошибку, т.е. подается сигнал на максимальное открытие клапана подачи газа в котел. Это может привести к разрыву котла и крупной аварии, влекущей за собой человеческие жертвы. При нагревании такого большого сосуда необходимо строго соблюдать динамику роста температуры, для равномерного прогрева его стенок.
У рабочего персонала возникают трудности и при эксплуатации, и ремонте регистрирующей и показывающей аппаратуры. Многие приборы, установленные здесь, требуют серьезной конструктивной доработки. Совершенно не продумана система визуализации хода процесса. Оператор видит не истинные графики изменения рабочих параметров, а лишь их отображение самопишущими приборами (это очень неудобно). При возникновении необходимости у оператора просмотреть ход процесса одной из прошлых смен, ему понадобится потратить много времени, чтобы отмотать диаграммную бумагу назад. Требуется так же много времени, чтобы сопоставить диаграмму из самописца с эталонным графиком изменения параметра (в случае, если это необходимо). Постоянная нехватка специальной бумаги, перьев, капилляров, чернил – затрудняет эксплуатацию. Большие неудобства создает наличие различных типов самопишущих приборов, требующих строго определенных расходуемых материалов.
1.3 Постановка задачи на разработку системы автоматического управления
Проект, по которому строилась производственная котельная, был разработан в 70-х годах. А за последнее время уровень развития электроники и микроэлектроники многократно возрос. Существующий уровень автоматизации перестал удовлетворять возрастающим требования нашего времени. Низкая надежность и точность аппаратуры приводят к большим экономическим затратам и ухудшению условий труда. Полнее о проблемах, возникающих в системе управления и контроля за технологическим оборудованием, описано в пункте 1.3.1.
Основная цель разработки новой системы – повышение экономической эффективности производства.
Основные функции создаваемой системы заключаются в следующем:
· Управление работой технологического объекта;
· Предоставление возможности оперативного контроля;
· Ведение информационной базы об объекте управления;
· Мониторинг процесса.
Основываясь на практике внедрения автоматических систем управления на других предприятиях подобного профиля, предлагается установить на промышленную котельную одну из систем, предназначенную для решения задач автоматического управления технологическим процессом в реальном масштабе времени, имеющую распределенную структуру и взаимодействующую с объектом управления через микропроцессорный контроллер. Информация о контролируемых и регулируемых параметрах будет поступать на контроллер (смотри рисунок 7). Он будет её обрабатывать и выдавать управляющие воздействия, согласно заложенной в него программы. Далее информация об объекте управления передается на ведущую систему, которая управляет работой самого контроллера. Введение такой иерархии позволяет четко распределить функции между системами. Ведущая система будет установлена на ПЭВМ, прочно вошедшую во все сферы человеческой деятельности и доказавшую свое право на существование.
Основные функции контроллера будут заключаться в следующем:
· Получение контролируемых параметров от объекта управления;
· Передача данных параметров на ПЭВМ;
· Управление ходом технологического процесса путем выработки управляющих сигналов и передачи их соответствующим устройствам, согласно заложенному алгоритму работы.
Замена контроллером, существующего сейчас оборудования, позволит точно соблюдать технологические условия производства продукта, что приведет к повышению его качества. Ведь точность механического задания алгоритма работы невозможно сравнить с программой, записанной в виде машинных кодов. Значительно уменьшится время, затрачиваемое рабочим персоналом, на обслуживание оборудования. Понизятся материальные затраты, связанные с поверкой и ремонтом приборов. Размер рабочих площадей, на которых установлено данное оборудование во много раз сократится, что позволит использовать их в других целях.
Ведущая операционная система реализует следующие функции:
· Управление работой контроллеров, подключенных к ней;
· Создание и ведение базы данных контролируемых параметров объекта управления;
· Визуализация протекания процесса;
· Обеспечение интерфейса "человек – машина";
· Генерирование и хранение рапортов;
· Подготовка и вывод на печать видеокадров и технологической информации.
Виртуальная схема разрабатываемой системы приведена на рисунке 8.
Описанные выше функции были реализованы и на старом оборудовании, с применением показывающих приборов и самописцев. Однако, такая реализация является не удовлетворительной. Малая надежность, конструктивное несовершенство, большое количество расходуемых материалов и неудобность доступа к ранее записанной информации поставили вопрос о замене их на более совершенную технику. Огромное количество самописцев и показывающих приборов будет заменено на одну локальную техническую станцию, содержащую в себе ПЭВМ, программное обеспечение и средства отображения информации. Оборудование одной такой станции обойдется в 4 – 5 раз дешевле, чем установка на объекте последних модификаций работающих сейчас приборов. Вся информация будет стекаться сюда, что значительно облегчит работу оператора и повысит качество оперативного контроля.
Большим плюсом будет то, что протекание процесса будет представлено в более удобном для человека виде. Так же, на данном этапе получится большая экономия материальных средств.
После внедрения системы в целом, облегчится оперативный контроль и управление, повысится безопасность условий труда. Нельзя забывать и о том, что переход на более современное оборудование, приведет к повышению моральной культуры производства и даст толчок рабочему персоналу к своему профессиональному совершенствованию.
1.3.1 Обзор существующих методов решения поставленной задачи
В результате сложившейся ситуации, когда существующий уровень автоматизации не удовлетворяет возрастающим требованиям по более высокой точности ведения технологического процесса, необходимо найти пути выхода из сложившегося положения. Существует несколько вариантов.
Перв
ый вариант – самый простой, но не самый лучший. Можно произвести замену существующей контрольно-измерительной аппаратуры на более современные модификации, установленных здесь моделей, оставив, при этом, в неизменном виде идеологию системы. Вместо работающих сейчас регуляторов, установить современные регулирующие приборы типа "Протар-110".
Данные регуляторы позволяют адаптировать себя под специфику технологического процесса при помощи программирования. Вместо установленного токового преобразователя, можно применить новый, типа Ш-711, многоканальный, с процессорной обработкой сигнала, или установить интеллектуальные датчики. А в качестве регистрирующей аппаратуры поставить одноканальные приборы Диск-250. Однако таким усовершенствованием можно решить лишь часть проблем, возникших в данное время. Количество установленного оборудования не уменьшится, так же остро будет стоять проблема с расходуемыми материалами, запасными частями и ремонтом, а по материальным затратам данный вариант самый дорогой, даже по сравнению со вторым вариантом.
Второй вариант заключается в некотором изменении существующей структуры системы, предоставив контроль и управление за технологическим процессом микропроцессорному контроллеру. Такой контроллер позволит управлять сразу несколькими объектами и заменит собой некоторое число регуляторов и морально устаревшие программные задатчики. С установкой контроллера повысится надежность всей системы и точность управления технологическим процессом, уменьшится время, затрачиваемое на ремонт оборудования. Неизменными останутся устройства отображения и регистрации данных. При такой реализации можно получить выигрыш и в материальном плане. Однако и этот способ не самый лучший.
Третий вариант решит практически все проблемы, возникающие к системе контроля и управления за технологическим процессом. Установив на заводе микропроцессорные контроллеры и систему автоматизированного управления технологическим процессом, можно добиться положительного результата. Система автоматизированного управления будет взаимодействовать с объектом управления через контроллер и позволит убрать практически всё устаревшее оборудование, а также будет установлен ПЧ. В её состав также войдет локальная технологическая станция, куда будет стекаться вся информация. Положительно решатся задачи по мониторингу и архивированию хода процесса, упростится оперативный контроль. А в материальном отношении установка такой системы обойдется значительно дешевле, чем реализация двух первых способов, смотри таблицу 2.
Таблица 2. Стоимость оборудования в рублях.
| Наименование оборудования
|
Вариант 1
|
Вариант 2
|
Вариант 3
|
|||
| Кол-во
|
Цена
|
Кол-во
|
Цена
|
Кол-во
|
Цена
|
|
| Термопреобразователь Ш-711
|
12 |
117600 |
– |
– |
– |
– |
| Задатчик
|
24 |
23520 |
– |
– |
– |
– |
| Регулятор "Протар 110" |
12 |
274400 |
– |
– |
– |
– |
| Прибор А542
|
12 |
148960 |
– |
– |
– |
– |
| Прибор "Диск 250"
|
– |
– |
36 |
176400 |
– |
– |
| ДУП – М
|
24 |
25088 |
24 |
25088 |
24 |
25088 |
| Блок питания
|
4 |
26132 |
2 |
13066 |
2 |
13066 |
| Контроллер "Ремиконт 112"
|
– |
– |
1 |
42666 |
1 |
42666 |
| Частотный преобразователь "VEB"
|
– |
– |
– |
– |
1 |
84000 |
| ПЭВМ
|
– |
– |
– |
– |
1 |
13070 |
| Итого |
615700 |
257220 |
177890 |
|||
1.4 Разработка функциональной схемы и расчет математической модели
1.4.1 Описание функциональной схемы
Функциональная схема в разрабатываемом проекте (см. приложение 2) отображает принцип передачи сигналов с котлоагрегата на контроллер и передачи этой информации на ПЭВМ. Где оператор может контролировать и регулировать через ПЭВМ изменение параметров под заданный уровень.
На водогрейном котле КВГМ-100 установлены датчики давления и температуры, которые снимают параметры: расход газа, расход мазута, температуру обратной и прямой сетевой воды, давление первичного воздуха, давление разряжения в топке котла, расход воздуха дутьевого вентилятора №1,2 и содержание кислорода О2
.
После этого датчики передают токовый сигнал с измеренными параметрами на микропроцессорный контроллер "Ремиконт-112". Контроллер подключен к пульту управления и к ПЭВМ, на экран которой выводится информация в виде мнемосхем (подробней в пункте 1.7.1.). Оператор может управлять ходом технологического процесса изменяя контролируемые параметры с пульта управления или с ПЭВМ.
1.4.2 Описание математической модели
Рассматривая водогрейный котел в целом можно выделить три основных контура: температуры, давления и соотношения газ-воздух. Но основным все таки является контур по температуре (см. приложение 3).
Для анализа совместной работы инерционного контура регулирования температуры и малоинерционного контура регулирования соотношения рассмотрим математическую модель двухконтурной системы.
Система регулирования температуры в котле является двухконтурной подчиненной. Внешний контур осуществляет регулирование температуры по сигналу рассогласования расхода газа. Сигналу рассогласования поступает на вход регулятора подачи газа, с которого поступает на трехпозиционный регулятор, который определяет направление вращения электродвигателя. Электродвигатель с помощью РО управляет положением заслонки, вследствие чего меняется подача газа. С заслонки сигнал, определяющий расход топлива, поступает на объект регулирования.
Внутренний контур регулирования расхода воздуха настроен так, что осуществляет подачу воздуха в объект регулирования в строгом соответствии с подачей топлива, поэтому его можно представить как отдельный контур.
Внутренний контур осуществляет регулирование расхода воздуха по сигналу рассогласования расхода. Сигнал задания расхода получается в результате увеличения сигнала расхода топлива в раз. Сигнал задания расхода поступает на сравнивающий элемент. Сигнал рассогласования расхода воздуха поступает на регулятор расхода. С регулятора сигнал поступает на вентилятор с частотно – регулируемым приводом, в результате чего меняется частота вращения вала двигателя вентилятора, и следовательно, расход подаваемого в горелку воздуха.
Для нахождения неизвестных коэффициентов воспользуемся методом наименьших квадратов.
Априорно известно, что
, (1.1)
т.е. (1.2)
(1.3)
(1.4)
Возведя в квадрат и просуммировав по всем дискретным значениям получим:
(1.5)
- сумма квадратов отклонений температур по всем дискретным значениям. Программа на языке СИ, приведенная в (приложении 7), находит минимум функции F(К2
,Т) и в качестве результата выдает искомые коэффициенты.
К2
=0,017 Т=50 мин.
Программа моделирования переходного процесса в системе и нахождения оптимальных настроек регулятора позволяет наглядно продемонстрировать качество переходного процесса, как при оптимальных настройках, так и при настройках, отличных от оптимальных. В качестве начального условия для моделирования изменения температуры воды примем исходную температуру 00
С, в качестве задания – температура 2000
С без ограничения по скорости нагрева. Оптимальными настройками для нашей системы являются:
Кп=54,7
Ки=1,8
Можно определить значения коэффициентов к2
– к5
, то есть степень влияния сигналов автоподстройки на величины параметров настройки регулятора. Принимая во внимание то, что автоподстройка осуществляется по изменению величины одного и того же сигнала, а следовательно значения сигналов на входах Х2
– Х5
будут одинаковы рассчитаем:
((1.6) – (1.9))
1.4.3 Описание параметров настройки
К2
– К5
– масштабные коэффициенты, определяющие степень влияния сигналов автоподстройки соответственно на параметры: ∆, ТМ
, КП
, ТИ
(ТД
);
Н3
, Н4
– соответственно порог срабатывания и гистерезис нуль-органа;
∆ - зона нечувствительности;
КП
– коэффициент пропорциональности;
ТИ
,ТД
– постоянные времени соответственно интегрирования и дифференцирования;
ТМ
– коэффициент, обычно устанавливаемый равным времени перемещения исполнительного механизма, соответствующего 100%-му изменению регулируемого параметра;
ТК
– постоянная времени динамической балансировки алгоритма.
1.5 Разработка алгоритма работы котла КВГМ-100
1.5.1 Описание алгоритма работы
Технологический процесс работы котла КВГМ-100, состоит из нескольких этапов. Следовательно, и сама программа будет работать, тоже в несколько этапов.
Алгоритм работы контроллера Р-112 можно представить в виде:
· Регулятора воздуха;
· Регулятора разрежения в топке котла.
Регулятор воздуха. С помощью ключа на пульте управления дискретный сигнал подается на дискретный вход контроллера "Ремиконт – 112". Откуда подается на 6 вход алгоблока 2.8 (43 ПЕР) и инверсно на 7 вход этого же алгоблока. Согласно логике работы алгоблока 43 ПЕР, при наличии логической единицы на 6 входе включается 2 вход алгоблока, который в свою очередь подключается к аналоговому выходу (11) этого алгоблока. При наличии логической единицы на 7 входе, подключается 3 вход алгоблока к аналоговому выходу (11). Аналоговые входа 2 и 3 масштабируются с помощью коэффициентов К2
и К3
. Поэтому имеется возможность масштабировать сигнал по давлению газа поступающий с датчиков давления в соответствии с количеством выбранных горелок (1 или больше).
Отмасштабированный сигнал давления газа представляет собой задания по давлению воздуха для регуляторов 2.7(11 РИС) и 2.8(02 РАН). Сигнал заводится на 2-е входа регуляторов с инвертированием.
В алгоблоке 2.7(11 РИС) инвертированный сигнал по давлению воздуха суммируется с реальным значением давления воздуха поступающего с датчика давления и формирует сигнал рассогласования в соответствии с которым формируется выходной сигнал алгоблока 2.7(11РИС). При отрицательном значении увеличивается сигнал выхода и наоборот при положительном значении уменьшается сигнал выхода, при этом добиваются, чтобы была равна нулю. Сформированный сигнал с выхода (11) подается на импульсный выход контроллера Р-112 для управления исполнительным механизмом МЭО. Аналогично параллельно работает регулятор 2.8(02РАН). С аналогового выхода (11) алгоблока 2.8(02 РАН) сформированный аналоговый сигнал подается на аналоговый выход контроллера для управления частотным преобразователем (ПЧ).
При автоматическом режиме выход аналогового регулятора 2.8(02 РАН) подключается к выходу (11) этого же алгоблока.
При отсутствии автоматического режима алгоблок 2.8(02РАН) переходит в режим слежения, т.е. на аналоговый выход подключается 6 вход алгоблока на который подается сигнал с ручного задатчика.
Регулятор разрежения в топке котла. Разрежение в топке котла снимается с двух датчиков (39а) и (39г). Поскольку сигнал нестабилен применяется некоторое преобразование в двух алгоблоках 1.4(23 СЛЖ) и 1.8(53 СИТ). Сигнал с датчиков разрежения (39а) и (39г) приходит на 2 и 3 входа алгоблока 1.4(23 СЛЖ) и на 1 и 3 входа алгоблока 1.8(53 СИТ). На 2 вход алгоблока 1.8(53 СИТ) приходит усредненный сигнал с выхода (11) алгоблока 1.4(23 СЛЖ). С выхода (11) алгоблока 1.8(53 СИТ) выбранный сигнал поступает на 2 входа импульсного регулятора 2.1(12 РИН) и регуляторов 3.1(02 РАН) и 3.2(02 РАН). Одновременно на эти же алгоблоки с выхода алгоблока 1.2(34 КОР) поступает на 3 входа инверсный сигнал с датчиков расхода (41в) и (41д), совместно выводится информация на показывающий прибор измерения расхода устанавливаемого по месту (FI 41г).
При работе на схеме с направляющими аппаратами в работу вступает импульсный регулятор 2.1(12 РИН). На 2 вход поступает сигнал разрежения и на 3 вход коллектирующий сигнал по расходу воздуха с алгоблока 1.2(34 КОР). Сигнал суммируется с заданием, после чего происходит разбаланс и формируется управляющий сигнал. Далее управляющий сигнал поступает на алгоблоки 2.2(45 ИЗО) и 2.3(45 ИЗО), кроме того эти алгоблоки необходимы для синхронизации направляющих аппаратов дымососов.
Предварительно отслеженный сигнал о положении исполнительного механизма (39ж) и (39м) поступает на 4 и 5 входа алгоблока 2.1(12 РИН), что соответствует входам нуль-органа, где происходит формирование дискретного сигнала. Сформированный дискретный сигнал с выхода 12.1 попадает на 2 и 3 входа алгоблоков (45 ИЗО) и с выхода 12.2 попадает на 3 и 2 входа этих же алгоблоков. В алгоблоках (45 ИЗО) формируется сигнал для управления исполнительными механизмами МЭО и если один направляющий аппарат опережает другой, то в этих алгоблоках включается логика "Запрета", что позволяет синхронизировать направляющие аппараты.
Кроме этого есть возможность работы на одном дымососе котла. Преключателями (Д1) или (Д2) выбирают дымосос, далее сигнал поступает на дискретный 8 вход алгоблоков (45 ИЗО). С алгоблока 2.1(12 РИН) сигнал будет уже поступать на 6 входа алгоблоков (45 ИЗО), что позволяет не включать логику "Запретов" и запускает в работу один дымосос.
Тоже самое с учетом работы аналоговых регуляторов происходит и при работе с ПЧ. При отсутствии автоматического режима или выборе преобразователя алгоблоки 3.1(02 РАН) и 3.2(02 РАН) находятся в режиме слежения, т.е. отслеживают сигнал задатчика на 6 входах. При наличии обоих сигналах на выход (11) этих алгоблоков подается сигнал сформированный регулятором.
При одинаковых настройках регулятора на выходе и формируется одинаковый сигнал и на входа 4 и 5 нуль-органа заводится частота преобразователя.
Блок-схема алгоритма, таблицы коэффициентов и конфигурации приведены в приложении 4.
1.5.2 Стандартные алгоритмы, примененные в алгоритме работы
При разработке алгоритма, управляющего работой котла, использовались стандартные алгоритмы из библиотеки алгоритмов контроллера Ремиконт. Их названия приведены в таблице 3.
Таблица 3. Алгоритмы из библиотеки контроллера Ремиконт.
| Номер алгоблока |
Код алгоритма |
Полное название алгоритма |
| 2.8 |
43 ПЕР |
Переключение |
| 1.2 |
34 КОР |
Корень квадратный |
| 1.4 |
23 СЛЖ |
Слежение |
| 1.8 |
53 СИТ |
Среднее из трех |
| 2.1 |
12 РИН |
ПИД импульсный с нуль-органом |
| 3.1 |
02 РАН |
ПИД аналоговый с нуль-органом |
| 3.2 |
02 РАН |
ПИД аналоговый с нуль-органом |
| 2.7 |
11 РИС |
ПИД стандартный |
| 2.8 |
02 РАН |
ПИД аналоговый с нуль-органом |
| 2.2 |
45 ИЗО |
Избирательное отключение |
| 2.3 |
45 ИЗО |
Избирательное отключение |
| 3.3 |
45 ИЗО |
Избирательное отключение |
| 3.4 |
45 ИЗО |
Избирательное отключение |
РАН (02) – ПИД аналоговый с нуль-органом.
Алгоритм формирует сигнал рассогласования и осуществляет пропорционально–интегрально–дифференциальное (ПИД) преобразование этого сигнала.
Сигнал рассогласования формируется как разность между суммой трех входных сигналов и сигналом задания. Суммирование входного сигнала осуществляется с помощью двух сумматоров.
Сигнал рассогласования равен:
(1.10)
Сигнал задания хздн
находится в диапазоне 102,3 %, поэтому суммарный сигнал двух сумматоров также не должен выходить за этот диапазон.
ПИД-преобразование выполняется в соответствии с передаточной функцией:
(1.11)
На входе ПИД-звена вводится зона нечувствительности и сигнал рассогласования инвертируется. При сигнал на входе ПИД-звена равен нулю; при на вход ПИД-звена поступает сигнал, равный .
На выходе ПИД-звена установлен стандартный ограничитель. При достижении порога ограничения интегрирование в ПИД-звене прекращается и выходной сигнал интегратора "замораживается".
Параметры настройки.
· k2
– k5
– масштабные коэффициенты соответственно по входам 2 – 5 алгоритма. Сигнал на входе 1 не масштабируется;
· H1
, H2
– уровни ограничения выходного сигнала. Соответственно по минимуму и максимуму;
· Н3
,Н4
– соответственно порог срабатывания нуль-органа и гистерезис;
· Δ – зона нечувствительности;
· Ти
,Тд
– постоянные времени соответственно интегрирования и дифференцирования;
· Тм
– коэффициент, обычно устанавливаемый равным времени перемещения исполнительного механизма, соответствующего 100%-му изменению регулируемого параметра;
· Тк
– постоянная времени динамической балансировки алгоритма.
РИС (11) – ПИД импульсный стандартный.
Алгоритм формирует сигнал рассогласования и совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости приближенно выполняет ПИД-преобразование этого сигнала.
Сигнал рассогласования формируется как разность между суммой пяти входных сигналов Х1
– Х5
и сигналом задания.
Суммирование входных сигналов осуществляется с помощью двух сумматоров. Первый сумматор стандартный, но без фильтра. Выходной сигнал второго
(1.12)
Свойства второго сумматора аналогичны свойствам первого за исключением того, что суммируются лишь два входных сигнала. Сигнал рассогласования равен:
(1.13)
Сигнал задания xздн
находится в диапазоне ±102.3%, поэтому суммарный сигнал двух сумматоров также не должен выходить за этот диапазон.
Алгоритм содержит ПДД2
-звено, имеющее передаточную функцию:
(1.14)
Что совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости дает передаточную функцию вида:
(1.15)
Тм
и Тм,0
– соответственно, установленный оператором коэффициент, определяющий полное время перемещения исполнительного механизма, и действительное время, с которым работает исполнительный механизм. Полное время перемещения исполнительного механизма – время его включения, которое приводит к 100%-му изменению регулирующего параметра. Обычно Тм
=Тм,0
. При этом, устанавливаемый оператором коэффициент kп
характеризует действительный коэффициент пропорциональности регулятора. В противном случае значение коэффициента пропорциональности равно kп
Тм
/Тм,0.
На входе ПДД2
-звена сигнал инвертируется и вводится зона нечувствительности. Имеется возможность установить четыре дискретных значения минимальной длительности импульса tи мин
, которая зависит от произведения двух параметров Δ и Тм
и определяется из таблицы 4.
Таблица 4.
| δ = Δ х Тм
|
Tи мин
|
| 0 <δ ≤25.6 |
0.12 |
| 25.6 < δ ≤ 51.2 |
0.24 |
| 51.2 < δ ≤ 76.8 |
0.36 |
| δ > 76.8 |
0.48 |
Если выбирается Тм
=Тм,0
, то при любых значениях δ ≥ 12 "автоматически" устанавливается максимально допускаемая длительность минимального импульса, при которой отсутствуют автоколебания в замкнутой системе в режиме одного включения. Если δ < 12, автоколебания возможны в режиме одного включения.
Алгоритм РИС имеет нуль-орган, может работать в режиме дистанционного управления и переходить в отключенное состояние. В данном алгоритме отсутствует звено балансировки узла дистанционного управления. В связи с этим при переходе на дистанционный режим выходной сигнал алгоритма скачком принимает значение сигнала на входе 6. В данном алгоритме предусмотрена возможность динамической и статической балансировки алгоритма. Балансировка производится при отключении алгоритма, что имеет место в одном из режимов ДИСТ, РУЧН, СЛЕЖ. В отключенном состоянии звенья Д и Д2
обнуляются, поэтому после включения алгоритма при постоянном сигнале рассогласования и в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости, алгоритм ведет себя как интегрирующее звено.
Параметры настройки.
· k2
– k5
– масштабные коэффициенты соответственно по входам 2 – 5 алгоритма. Сигнал на входе 1 не масштабируется;
· Н3
,Н4
– соответственно порог срабатывания нуль-органа и гистерезис;
· Δ – зона нечувствительности;
· Kп
– коэффициент пропорциональности;
· Ти
,Тд
– постоянные времени соответственно интегрирования и дифференцирования;
· Тм
– коэффициент, обычно устанавливаемый равным времени перемещения исполнительного механизма, соответствующего 100%-му изменению регулируемого параметра;
· Тк
– постоянная времени динамической балансировки алгоритма.
РИН (12) – ПИД импульсный с нуль-органом.
С учетом особенностей, присущих алгоритмам импульсного регулирования, алгоритм РИН соответствует алгоритму РАН.
СЛЖ (23) – слежение.
Алгоритм отслеживает сигнал , образованный разностью между суммой трех входных сигналов и сигнала задания. Входные сигналы суммируются с помощью стандартного сумматора.
Функция слежения заключается в следующем. В установившемся режиме сигнал у на входе звена слежения равен сигналу . Если сигнал изменится, причем скорость этого изменения будет больше скорости слежения, равной 100/TI [%/мин], сигнал у начнет изменяться с постоянной скоростью 100/T1 [%/мин], стремясь сравняться с сигналом . Если скорость изменения сигнала меньше скорости слежения, сигнал у в каждом цикле успевает сравняться с сигналом и поэтому сохраняется равенство у =.
На выходе звена слежения установлен стандартный ограничитель.
Параметры настройки.
· k2
– k3
– масштабные коэффициенты соответственно по входам 2 – 3 алгоритма. Сигнал на входе 1 не масштабируется;
· k5
– коэффициент, определяющий степень автоподстройки параметра TI;
· H1
, H2
– уровни ограничения выходного сигнала. Соответственно по минимуму и максимуму;
· Н3
,Н5
– соответственно пороги срабатывания двух пороговых элементов;
· H4
– гистерезис, одинаковый для обоих пороговых элементов;
· TI – постоянная времени фильтра;
· Т4
, Т5
– постоянные времени звеньев динамической балансировки соответственно алгоритма и узла дистанционного управления.
КОР (34) – корень квадратный.
Алгоритм выполняет операцию извлечения корня из двух сигналов, сформированных каналами a и b. Извлечение корня из положительных сигналов выполняется по формуле:
(1.16)
где у – выходной сигнал алгоритма; хa
, хb
– сигналы соответственно по каналам a и b; все сигналы выражаются в процентах.
Извлечение корня из отрицательного числа выполняется по формуле:
(1.17)
Таким образом, при стопроцентном сигнале по одному из каналов и при нулевом сигнале по другому каналу выходной сигнал алгоритма также равен 100 %
Параметры настройки.
· k2
– k5
– масштабные коэффициенты соответственно по входам 2 – 5 алгоритма. Сигнал на входе 1 не масштабируется;
· H1
, H2
– уровни ограничения выходного сигнала. Соответственно по минимуму и максимуму;
· Н3
,Н5
– соответственно пороги срабатывания двух пороговых элементов;
· H4
– гистерезис, одинаковый для обоих пороговых элементов;
· T2
, T3
– постоянная времени фильтра соответственно по каналам a и b;
· Т4
, Т5
– постоянные времени звеньев динамической балансировки соответственно алгоритма и узла дистанционного управления.
ПЕР (43) – переключение.
Алгоритм выполняет функцию коммутатора аналоговых сигналов. Алгоритм подключает к аналоговому выходу один из пяти сигналов: один внутренний (сигнал задания) и четыре внешних, поданных на входы 1 – 4. Дискретные команды на переключение подаются на входы 5 – 8 алгоритма. Команда, поданная на вход с меньшим номером, имеет приоритет над командами, поданными на вход с большим номером. Сигнал на дискретном выходе в двоичном коде фиксирует текущее положение переключателя.
Алгоритм считается выключенным, если на его дискретные входы не подано ни одной команды. В этом случае к аналоговому выходу алгоритма подключен внутренний задатчик. Если на любой из входов 5 – 8 подан дискретный сигнал, к аналоговому выходу подключается один из входов 1 – 4, при этом считается, что алгоритм работает в режиме дистанционного управления и ведущий алгоблок переходит в режим СЛЕЖ. В алгоритме предусмотрена балансировка любого из входов 1 – 4. Параметры балансировки устанавливаются при помощи коэффициента Т5
. При Т5
= 0 балансировка отсутствует. При 0 < Т5
< ∞ вводится динамическая балансировка, благодаря которой при переходе в режим ДИСТ (при переключении с задатчика на любой из каналов 1 – 4) выходной сигнал меняется плавно с постоянной настраиваемой скоростью V=100/Т5
[%/мин]. Также плавно и с тойже скоростью происходит переход с одного из входов на любой другой. При Т5
= ∞ исходная разница в сигналах "замораживается" и присутствует как постоянна добавка к текущему сигналу. Алгоритм переходит в отключенное состояние, если он работает в одном из режимов ДИСТ, РУЧН, СЛЕЖ. В отключенном состоянии вводится балансировка канала задатчика, которая заключается в том, что к сигналу задатчика добавляется сигнал компенсации, устанавливающий точное равенство аналоговых сигналов по цепи задатчика и на выходе алгоблока. В алгоритме предусмотрено два вида указанной балансировки – динамическая и статическая. При динамической балансировке, после включения алгоритма (при отсутствии команд на входах алгоритма 5 – 8 и режимов РУЧН, СЛЕЖ) сигнал компенсации уменьшается до нуля с постоянной настраиваемой скоростью V=100/Т4
[%/мин]. Статическая балансировка осуществляется с помощью соответствующего автоматического изменения сигнала задатчика. После включения алгоритма последнее значение сигнала задания запоминается. При статической балансировке звено динамической балансировки обнуляется (Х9
=0). Выбор вида балансировки канала задания осуществляется при помощи коэффициента Т4
. При Т4
=0 балансировка отсутствует, при 0 < Т4
< ∞ вводится динамическая, а при Т4
= ∞ - статическая балансировка.
Контроль сигналов в различных точках алгоритма ведется с помощью стандартной процедуры. В контрольных точках 1 – 8 контролируются входные сигналы алгоритма, в точках 9, 10 – сигналы динамической балансировки соответственно по каналу задания и по входам 1 – 4.
Параметры настройки.
· k2
– k4
– масштабные коэффициенты соответственно по входам 2 – 4 алгоритма. Сигнал на входе 1 не масштабируется;
· Т4
,Т5
– постоянные времени звеньев динамической балансировки соответственно по каналам задания и по входам 1 – 4 алгоритма.
ИЗО (45) – избирательное отключение.
При отсутствии запретов алгоритм формирует выходной сигнал, равный размерности между сигналом на входе I и сигналом задания.
Входной сигнал фильтруется. По разностному сигналу вводится зона не чувствительности.
В алгоритме предусмотрены два типа запретов.
Запрет на знак выходного сигнала запрещает изменение сигнала в область положительных и отрицательных значений. Команды запрета подаются в этом случае на входы соответственно 2 и 3. Если команды запрета поданы одновременно на входы 2 и 3, выходной сигнал алгоритмов становится равным нулю.
Запрет на изменение выходного сигнала запрещает изменение сигнала выше или ниже (по абсолютной величине) того значения у0
, которое имел выходной сигнал в момент действия запрета. Команда запрета на увеличение сигнала подается на вход 4, на уменьшение – на вход 5. Если команды запрета поданы одновременно на входы 4 и 5, выходной сигнал алгоритма "замораживается" при любом изменении входного сигнала.
Параметры настройки.
· Н5
– зона нечувствительности;
· T3
– постоянная времени фильтра;
· Т4
, Т5
– постоянные времени звеньев динамической балансировки соответственно алгоритма и узла дистанционного управления.
СИТ (53) – среднее из трех.
Алгоритм выделяет средний по уровню сигнал из трех входных аналоговых сигналов.
Выходной сигнал фильтруется, суммируется с заданием и ограничивается стандартным ограничителем.
Параметры настройки.
· H1
, H2
– уровни ограничения выходного сигнала. Соответственно по минимуму и максимуму;
· Н3
,Н5
– соответственно пороги срабатывания двух пороговых элементов;
· H4
– гистерезис, одинаковый для обоих пороговых элементов;
· TI – постоянная времени фильтра;
· Т4
, Т5
– постоянные времени звеньев динамической балансировки соответственно алгоритма и узла дистанционного управления.
1.6 Выбор и обоснование технического обеспечения
1.6.1 Контроллер регулирующий микропроцессорный Ремиконт
Назначение и основные свойства. Регулирующие микропроцессорные коннтроллеры Ремиконты – это устройства управления, выполненные на микропроцессорной элементной базе и специализированные для решения задач автоматического регулирования.
Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 являются дальнейшим развитием регулирующего микропроцессорного контроллера Ремиконта Р-100. Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 являются многоцелевыми контроллерами общепромышленного назначения. Они предназначены для автоматического регулирования технологических процессов в энергетической, металлургической, химической и других отраслях промышленности.
Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 позволяют вести локальное, каскадное, супервизорное, программное, многосвязное, экстремальное регулирование, а также управление с переменной структурой. Они формируют ПИД – закон регулирования, выполняют разнообразные статические и динамические преобразования аналоговых сигналов, а также обрабатывают и формируют дискретные сигналы, выполняя основные операции управляющей логики.
Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 могут работать как на нижнем уровне распределенной АСУТП, связываясь со средствами верхнего уровня через канал цифровой последовательной связи, так и в качестве автономного изделия.
В комплекте с Ремиконтами могут использоваться обычные датчики и исполнительные механизмы, которые подключаются к контроллерам с помощью индивидуальных кабельных связей. Сигналы, поступающие в Ремиконты, обрабатываются в цифровой форме.
Ремиконты – это программируемые устройства, но для работы с ними не нужны программисты. Программировать и работать с Ремиконтами может эксплуатационный персонал, связанный с обслуживанием аналоговой аппаратуры и не знакомый с вычислительной техникой и методами математического программирования.
Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 поставляются с завода - изготовителя полностью готовыми к работе и программируются (настраиваются) на решение задач непосредственно на объекте с помощью клавишной панели. В процессе настройки наладчик назначает алгоритмы управления, конфигурацию управляющего контура, параметры статической и динамической настройки, а также устанавливает сигналы задания и режимы управления.
Запрограммированные параметры сохраняются при отключении питания.
Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 имеют идентичные функциональные возможности, но различное число каналов ввода-вывода информации: Ремиконты Р-110, Р-112 рассчитаны на большое число входных-выходных сигналов, Ремиконты серии 120 – на среднее число сигналов.
Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 имеют следующие отличия:
· модель Р-110 – одиночный Ремиконт на большое (до 40 – 200) число входных-выходных сигналов, конструктивно выполнен в одном каркасе;
· модель Р-112 – дублированный Ремиконт на большое (до 40 – 200) число входных-выходных сигналов; конструктивно выполнен в двух каркасах;
· модель Р-120 – два одиночных Ремиконта на среднее (до 15 – 90) число входных-выходных сигналов, конструктивно выполнен в одном каркасе;
· модель Р-122 – дублированный Ремиконт на среднее (до 15 – 90) число входных-выходных сигналов, конструктивно выполнен в одном каркасе;
Области применения. Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 могут выполнять все алгоритмические задачи, которые решаются с помощью традиционных аналоговых приборов автоматического регулирования. Кроме того, они формируют программно-изменяющиеся во времени сигналы, содержат специальные средства для организации каскадного и супервизорного управления, а также выполняют операции управляющей логики.
Ремиконты хорошо подходят для автоматизации нестационарных процессов, когда приходится решать достаточно сложные задачи управления с безударным включением и отключением отдельных контуров, автоматическим переключением управляющей структуры, автоматическим изменением параметров настройки и использованием тому подобных операций, связанных с адаптацией системы регулирования к изменяющейся динамике технологического процесса.
Эти контроллеры особенно эффективны в тех случаях, когда заранее не ясно, какую схему регулирования предпочесть и имеется вероятность того, что после начального периода система будет изменяться и дополняться. Ремиконты позволяют легко справиться с такой ситуацией и непосредственно на объекте быстро и без каких-либо затрат скорректировать структуру управляющих контуров.
Ремиконты могут также успешно использоваться, если система регулирования функционально проста, но многоканальна, например в системах многоканального ПИД – регулирования при числе каналов больше 4 – 6 (для Р-120, Р-122) или 10 – 12 (для Р-110, Р-112).
Данные контроллеры целесообразно применять в распределенных АСУТП, когда необходимо организовать взаимодействие средств нижнего и верхнего уровня управления. Интерфейсные каналы, встроенные в эти модели Ремиконтов, позволяют реализовать такое взаимодействие по четырехпроводному кабелю (две витых пары).
Наличие одиночных и дублированных моделей, а также моделей на большое и среднее число каналов ввода-вывода информации, позволяет на основе Ремиконтов Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 строить системы с различными требованиями к надежности и живучести, получая в каждом конкретном случае максимальный технико-экономический эффект.
Ремиконт Р-110 используется в системах большого масштаба, предъявляющих умеренные требования к надежности и живучести.
Ремиконт Р-112 используется в системах большого масштаба, предъявляющих умеренные требования к живучести, но повышенные требования к надежности.
Ремиконт Р-120 используется в системах среднего масштаба, предъявляющих умеренные требования к надежности, а также в системах большого масштаба, предъявляющих умеренные требования к надежности, но повышенные требования к живучести.
Ремиконт Р-122 используется в системах среднего масштаба, предъявляющих повышенные требования к надежности, а также в системах большого масштаба, предъявляющих повышенные требования как к надежности, так и к живучести.
Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 рассчитаны на следующие условия эксплуатации:
Напряжение питания, В ...........................220 или 240
Частота питающей сети, Гц .........................50 или 60
Потребляемая мощность, не более, ВА:
Р-110 ................................................180
Р-112 ................................................360
Р-120 ................................................120
Р-122 ................................................240
Относительная влажность воздуха, % .....................< 80
Окружающая температура, °С ............................0 – 40
Помещение ........................Закрытое, взрывобезопасное
Технические характеристики. Входы – выходы.
Число входов:
Аналоговых – до 64 (8 групп по 8 входов);
Дискретных – до 63 (8 групп по 8 входов, каждый вход имеет
три шины - общую, "цепь 1" и "цепь 2", всего – до 126 входов).
Число выходов:
Аналоговых – до 64 (8 групп по 8 выходов);
Импульсн
ых – до 64 (8 групп по 8 выходов, каждый выход имеет
три шины - общую, шину "меньше" и шину больше");
Дискретных – до 63 (8 групп по 8 выходов, каждый выход имеет
три шины - общую, "цепь 1" и "цепь 2", всего – до 126 входов).
Входные и выходные аналоговые сигналы постоянного тока 0..5 мА,
0..20 мА, 4..20 мА, 0..10 В;
Входные дискретные сигналы постоянного напряжения:
логический нуль 0 ± 2.4 В;
логическая единица ± (19.2..28.8) В.
Выходные импульсные и дискретные сигналы в виде состояния
контактов:
логический нуль разомкнутое;
логическая единица замкнутое;
коммутирующая способность
по напряжению до 48 В,
по току до 0.2 А.
Обработка сигналов.
Число алгоблоков – до 64 (8 зон по 8 алгоблоков)
Число алгоритмов управления – 45
Время цикла – 0.27; 0.51; 1.02; 2.04 с
Дискретность установки сигнала задания – 0.1%
Статическая точность стабилизации параметра
(без учета погрешности датчика) ±0.15%
Разрядность АЦП 11 плюс знак
Разрядность ЦАП 10 плюс знак
Время, в течение которого при отключении питания сохраняется
запрограммированная информация, ч, не менее 360.
Состав Ремиконтов. Ремиконты Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 состоят из следующих элементов (рис. 9.):
· микропроцессорного вычислителя;
· устройств связи с объектом;
· устройств связи с оператором;
· шины внутриблочной интерфейсной связи;
· модуля интерфейсной связи;
· устройств питания и переключения.
В состав микропроцессорного вычислителя входят следующие модули:
· процессор ПРЦ5;
· постоянное запоминающее устройство ПЗУ2;
· оперативное запоминающее устройство ОЗУ4.
Модуль ПРЦ5 обрабатывает информацию в соответствии с заданной программой. Процессор построен на базе микропроцессора серии К580.
В модуле ПЗУ2 "зашито" программное обеспечение контроллера, включающее программу, организующую процесс вычислений, программу всех алгоритмов управления, программу обслуживания панели оператора и внешних устройств, программу тестирования и самодиагностики.
В модуле ОЗУ4 хранятся параметры, которые может изменить оператор: информация о выбранных алгоритмах управления, об установленной конфигурации, коэффициентах, режимах, задании, времени цикла. В ОЗУ4 хранится также накапливающаяся информация, формирующаяся в процессе выполнения динамических алгоритмов. В моделях Р-110, Р-120 ОЗУ4 дублировано. Для сохранения запрограммированной и накапливающейся информации при отключении питания используется батарея сухих элементов.
1.6.2 Краткие характеристики других типов контроллеров
Основные характеристики Advant Controller 110 (ABB) приведены в таблице 5.
Таблица 5. Основные характеристики Advant Controller 110.
| Процессор
|
Процессор Motorolla 68000 |
| ОЗУ
|
256 kB для прикладных программ, 340 kB для данных. |
| Время цикла
|
0.2 мс – 20 с |
| Время |
Часы реального времени, календарь. |
| Количество каналов ввода/вывода |
1500 |
| Протокол стевой передачи данных |
RS 232 |
| Язык программирования |
AMPL |
| Самодиагностика |
Питающее напряжение, ППЗУ, ОЗУ, внутренняя шина, передача данных, ошибка ввода/вывода. |
Основные характеристики контроллера SLC 500 (Allen-Brodley) приведены в таблице 6.
Таблица 6. Основные характеристики контроллера SLC 500.
| Процессор |
SLC 5/03 |
SLC 5/04 |
| ОЗУ |
16 кВ |
16 кВ, 32 кВ, 64 кВ |
| Количество входов/выходов |
960 дискретных 96 аналоговых |
960 дискретных 96 аналоговых |
| ППЗУ |
EEPROM |
EEPROM |
| Время цикла |
1 мс |
0.9 мс |
| Дискретные входы
|
Постоянное напряжение 24 В Переменное напряжение 120/240 В
|
|
| Дискретные выходы |
Реле, симистор, транзистор |
|
| Аналоговые входы/выходы |
Постоянное напряжения ± В Сила тока ± 20 мА |
|
| Язык программирования |
Блочное программирование APS – пакет |
|
Сравнительные характеристики контроллеров фирмы "Honewell" приведены в таблице 7.
Таблица 7. Сравнительные характеристики контроллеров фирмы "Honewell"
| Модель |
S9000e |
S9100e |
| Количество контуров регулирования |
32 |
32 |
| Память процессора |
2кВ |
8кВ |
| ОЗУ |
256 кВ |
2048кВ |
| gn:left;">Таймеры/счетчики |
128 |
1024 |
| Количество входов/ выходов |
256 |
640 |
| Язык программирования |
ВРО – блочное программирование |
|
Сравнительные характеристики контроллеров Simatic (продукция фирмы Siemens) приведены в таблице 8.
Таблица 8. Сравнительные характеристики контроллеров Simatic.
| Модель |
S5-90U |
S5-95U |
| Время цикла
|
2мс |
2мс |
| ОЗУ |
4 кВ |
16 кВ |
| Цифровые входы |
192 |
448 |
| Аналоговые входа |
16 |
32 |
| Язык программирования |
STEP 5 |
|
1.6.3 Выбор контроллера
Согласно описанных выше характеристик, Ремиконт идеально подходит для данного типа производства. Сейчас существует много контроллеров, превосходящих Ремиконт по всем критериям (это видно из приведенного выше краткого обзора), а в особенности – по быстродействию, однако для данного процесса даже у Р-112 с временем цикла 2 секунды есть запас. А стоимость его минимум в два раза ниже, чем у современных типов. Необходимо заметить, что любой из описанных выше контроллеров, пригоден для установки на данном объекте.
Модель Р-112 зарекомендовала себя положительно в работе на других объектах. В описании завода изготовителя говорится о резервировании (в модели Р-112) как базового комплекта, так и проектно-компонуемого, что повышает надежность в работе. Однако автоматическое переключение на резервный модуль в рабочем состоянии производится только в базовом комплекте, а данные модули ломаются редко. Модули из проектно-компонуемого комплекта выходят из строя гораздо чаще, а ввод в работу резервного модуля можно осуществить только выведя контроллер из рабочего состояния, отключив его. Принимая во внимание удобную архитектуру контроллера, можно предположить, что так же просто будет сменить неисправный модуль на рабочий в Р-112, вытащив старый и вставив новый.
1.6.4 Частотный преобразователь VEB
DDU – 380/390
Преобразователи частоты предназначены для непрерывного регулирования скорости вращения электродвигателей трехфазного тока. В основном они состоят из сетевого преобразователя (выпрямителя), промежуточного контура постоянного тока, преобразователя для питания электродвигателей (инвертора) и коммутирующих устройств, а также из устройств управления, регулирования и защиты.
Преобразователи частоты предусмотрены для работы в четырех квадрантах. За счет реверсирования напряжения промежуточного контура постоянного тока при сохранении направления тока в случае торможения возможна рекуперация электроэнергии. Предварительная установка заданных значений частоты или соответственно скорости вращения по выбору может осуществляться посредством системы цифрового задания (СЦЗ) или в виде постоянной уставки.
Преобразователи частоты типа DDU380/390 складываются из трех шкафов, а именно из:
- информационного шкафа SI
- тиристорного шкафа ST
- шкафа IC-цепей
На передней раме шкафа SI располагаются кассеты систем управления (GR 6110) и регулирования (GB 5600) преобразователя частоты и их источники питания, а на панели управления – защитные автоматы вспомогательных устройств и потенциометры-задатчики. В нижней части шкафа располагается главный ввод преобразователя частоты с силовым автоматом, трансформатор тока, коммутирующим реактором сетевого преобразователя и помехоподавляющими цепями.
На поясе измерительных приборов располагаются амперметр, частотомер и красная лампочка для аварийной сигнализации.
На передней двери размещены органы управления для включения и отключения преобразователя частоты, а также для подтверждения сигналов неисправности.
В шкафу ST находятся сетевой преобразователь, состоящий из шести тиристорных блоков, и преобразователь для питания электродвигателей, состоящий из шести тиристорных и шести диодных блоков. На входе и выходе преобразователя частоты, а также в промежуточной цепи постоянного тока предусмотрены металлооксидные варисторы (МОВ) для ограничения напряжений. Кроме того, в шкафу ST имеется кассета для контроля за работой преобразователя.
Шкаф SZ укомплектован двумя сглаживающими дросселями для промежуточного контура постоянного тока и коммутирующим устройством преобразователя для питания электродвигателей, состоящим из 6 дросселей и 24 конденсаторов. Коммутирующая емкость может быть согласована с электродвигателем посредством перемычек и болтовых клемм.
Для отвода тепла потерь у каждого из трех шкафов предусмотрен крышечный вентилятор.
Силовой контур ПЧ в основном состоит из ввода питания. Сетевого преобразователя, дросселя промежуточного контура и преобразователя для питания электродвигателей.
Преобразователь частоты питается через располагающийся в шкафу SI силовой автомат и коммутирующий дроссель сетевого преобразователя. В качестве сетевого преобразователя (выпрямителя) применяется неавтономный (ведомый сетью) преобразователь по симметричной шестифазной мостовой схеме.
Дроссель промежуточного контура служит для сглаживания тока и для гальванической развязки сетевого преобразователя и преобразователя для питания электродвигателей.
Автономный инвертор (преобразователь для питания электродвигателей) формирует из зависимого от нагрузки выпрямленного тока промежуточного контура (за счет соответствующего тактирования) трехфазную систему с прямоугольными фазными токами. На напряжение электродвигателя, которое в зависимости от нагрузки формируется синусоидально, наложены пики напряжений, возникающие в следствие переключения тока на индуктивностях рассеяния.
Инвертор работает по принципу пофазной коммутации, т.е. отпиранием тиристора следующей фазы автоматически прекращается протекание тока в фазе, которая до сих пор была токопроводящей. Для этого в шкафу SZ имеются коммутирующие конденсаторы, которые при отпирании последующего тиристора на выключаемый тиристор кратковременно подают напряжение в обратном направлении и способствуют мягкому переключению тока с одной фазы электродвигателя на другую. Диоды инвертора обеспечивают развязку коммутирующих конденсаторов и токоприемника.
ПЧ рассчитаны на работу в четырех квадрантах характеристики, т.е. на торможение и приведение в движение в обоих направлениях вращения. Схемное решение силовой части ПЧ при работе электродвигателей в генераторном режиме допускает реверсирование направления энергии за счет реверсирования напряжения промежуточного звена при измененном направлении протекания тока. Сетевой преобразователь при этом переводится в инверторный режим и рекуперирует тормозную энергию электропривода в трехфазную питающую сеть. Благодаря преобразователю частоты электродвигатели могут за счет одновременного изменения напряжения и частоты работать со своим предельным крутящим моментом. При реверсировании задания они затормаживаются с номинальным моментом и снова разгоняются до заданной скорости вращения в обратном направлении за счет изменения последовательности отпирания преобразователя, питающего электродвигатели, при приблизительно нулевой скорости вращения, т.е. за счет изменения направления вращения магнитного поля.
Параметры ПЧ:
· Вторичный 3-х фазный ток трансформатора (Iвтор
) = 3 х 0,66 А
· Максимальное число оборотов электродвигателя (nmax
) = 1000 об/мин
· Максимальная скорость привода (vmax
) = 10,2 м/с
· Выходное напряжение интегратора XI10:B9 (Uвых
) = 6,7 В
|
|
|
Входная частота, Гц
|
Выходная частота, Гц
|
Номинальный выходной ток, А
|
| 200
|
380
|
50
|
0 – 50
|
390
|
1.6.5 Краткие характеристики других типов частотных преобразователей
Основные характеристики Hitachi J300 – 150 HFE приведены в таблице 9.
Таблица 9. Основные характеристики Hitachi J300 – 150 HFE.
| Мощность, кВт
|
Напряжение питания, В
|
Входная частота, Гц
|
Выходная частота, Гц
|
Номинальный выходной ток, А
|
Цена, $
|
| 200
|
380 – 415
|
50 – 60
|
0,1 – 400
|
300
|
3880
|
Основные характеристики 1336VT – B020 (Allen - Brodley) приведены в таблице 10.
Таблица 10. Основные характеристики 1336VT – B020.
| Мощность, кВт
|
Напряжение питания, В
|
Входная частота, Гц
|
Выходная частота, Гц
|
Номинальный выходной ток, А
|
Цена, $
|
| 250
|
380 – 460
|
47 – 63
|
|
390
|
4050
|
Сравнительные характеристики ACS601 – 0020 – 3 "ABB" приведены в таблице 11.
Таблица 11. Сравнительные характеристики ACS601 – 0020 – 3.
|
|
Напряжение питания, В
|
Входная частота, Гц
|
Выходная частота, Гц
|
Номинальный выходной ток, А
|
Цена, $
|
| 200
|
380 – 415
|
50 – 60
|
0 – 300
|
390
|
|
1.6.6 Выбор частотного преобразователя
Сравнительные характеристики ПЧ показывают, что частотный преобразовательVEB DDU –380/390 более подходит для данного типа производства. Некоторые ПЧ превосходят данный преобразователь частоты своими характеристиками, но надо исходить и из условий экономии. Т.к. частотные преобразователи предлагаемые для монтажа в промышленной котельной первоначально предназначались для СПЦ-2 ("Стан-350"). Эти установки были закуплены еще в 80-х годах, так, что с течением времени они устарели, в результате чего были закуплены новые. Поэтому, чтобы не тратить деньги на дорогостоящее оборудование предлагается установить ПЧ DDU 380/390 в промышленной котельной.
Мощность ПЧ должна быть равна или больше мощности электродвигателя насосного агрегата, а напряжение частотного преобразователя должно соответствовать номинальному напряжению электродвигателя. В котельной используются дутьевые вентиляторы типа АИР – 355М8УР с электродвигателем мощностью 160 кВт и частотой оборотов 750 об/мин и дымососы типа АИР – 350М6 с электродвигателем мощностью 200 кВт и частотой оборотов 1000 об/мин.
1.6.7 Выбор ПЭВМ и адаптера связи
1.6.7.1 Выбор ПЭВМ
На данном этапе необходимо произвести выбор ПЭВМ, на которой будет установлено системное обеспечение, управляющее работой контроллера (см. пункт 1.8). При выборе необходимо учесть требования, предъявляемые самой системой. Рекомендуется выбрать в качестве ПЭВМ: IBM PC/AT 80486 DX4/66-100 /256 cache/ RAM 4Mb/ HDD 520 Mb IDE/ FDD 3,5/ EGA/VGA. По своим показателям ПЭВМ удовлетворяет требованиям системного обеспечения. Хотя данная модель персонального компьютера не является современной, она подходит для работы с данным системным и техническим обеспечением. А её стоимостные характеристики в три раза ниже, чем у современных персональных компьютеров.
1.6.7.2 Выбор адаптера связи ПЭВМ и контроллера
Связь ПЭВМ и контроллера осуществляется по интерфейсу ИРПС. Но так как система СКАТ-Х имеет возможность работать с несколькими контроллерами, то на COM-порт ПЭВМ необходимо поставить адаптер связи. Согласно требованиям системы СКАТ-Х, таковым является восьмиканальный адаптер последовательных портов. Он предназначен для организации связи IBM PC – совместимых персональных компьютеров с восемью устройствами, имеющими канал последовательного обмена "Интерфейс радиальный последовательный". Модуль, реализующий такой канал, есть в Ремиконте.
Конструктивно АПП8 выполнен в соответствии со стандартом на платы расширения для персональных компьютеров IBM PC и устанавливается внутри системного блока персонального компьютера.
Управление адаптером осуществляет компьютер. Адаптер позволяет выполнять двусторонний обмен данными между компьютером и оконечными устройствами. Каждый канал адаптера может быть установлен в один из трех режимов работы:
· прием, при котором данные принимаются в компьютер из оконечного устройства;
· передача, при которой данные передаются из компьютера в оконечное устройство;
· дуплексный режим.
Скорость обмена устанавливается в зависимости от качества линии в пределах от 75 бит/с до 19200 бит/с.
1.7 Разработка информационного обеспечения
1.7.1 Разработка информационного обеспечения на базе ППП СКАТ-Х
Управлять и следить за ходом технологического процесса оператор будет при помощи монитора пульта оператора (МПО). Он является составной частью системы, разработанной на базе ППП СКАТ-Х.
Монитор пульта оператора реализует следующие функции:
· отображение на мониторе мнемосхемы технологического процесса;
· выдачу на экран текущих значений технологических параметров;
· сигнализацию о нарушениях технологического регламента;
· сигнализацию о нарушениях в работе контроллера и в канале связи ПЭВМ-контроллер;
· просмотр истории технологических параметров в графической форме;
· дистанционное включение или выключение технологического оборудования;
· изменение уставок локальных контуров регулирования;
· перевод контуров регулирования в режим ручного управления и изменение положения исполнительного механизма;
· ввод значений ручных переменных;
· просмотр протокола аварийных ситуаций;
· просмотр протокола действий операторов;
· анализ состояния системы управления;
· получение оперативной помощи по работе оператора в любой момент времени.
Структура экрана оператора. Все поле экрана оператора разбито на три зоны:
Первая зона (верхняя строка экрана) содержит индикаторы диагностики аварийных ситуаций, индикаторы времени и звукового сигнала, индикаторы состояния каналов и обмена с контроллерами, индикатор прихода текстовых сообщений, микродисплей. При отсутствии аварийной ситуации индикатор светится серым цветом. При возникновении аварийной ситуации он высвечивается ярко – белым мигающим светом на красном фоне:
00:00 ! Авария П-Авария Почта [--------] Р Т К Л --------
Предусмотрены следующие индикаторы аварийных ситуаций:
"Авария"– нарушение технологических границ;
"П-Авария"–предавария (нарушение предаварийных границ);
"P"–реконфигурация обмена (подстройка системы обмена с контроллерами при ошибках по отдельным каналам;
"Т"–таймер оператора;
"К"–авария контроллера;
"Л"–аварии в линии связи.
Часть верхней строки, имеющая вид [--------] отражает текущее состояние всех 8 каналов обмена с контроллерами. При отсутствии ошибок по каналу индикатор отображается зеленым цветом, при наличии единичных ошибок – желтым, при невозможности выполнить обмен с контролером – красным цветом. Для неактивных каналов (канал неопределен или блокирован) индикатор отображается серым цветом.
Индикаторы времени и звукового сигнала (обозначен в документации знаком !, а на экране ноткой) отображаются серым цветом в выключенном состоянии и ярко-голубым во включенном. Индикатор "Почта"сигнализирует о приходе по сети текстового сообщения оператору от других станций.
Если оператор работает со включенным звуковым сигналом, то при возникновении аварийной ситуации, а также при срабатывании таймера и приходе текстового сообщения, будет выдаваться звуковой сигнал.
Вторая зона (нижняя строка экрана) служит для выбора оператором группы функций, с которой он собирается работать:
1Помощь2Схема3Парам.4Оборуд5Аварии6Задачи7Сист.8Опер.9Почта10Супер
Третья зона (строки экрана со 2 по 24) предназначена для отображения мнемосхемы технологического процесса. Параметры технологического процесса на мнемосхеме отображаются голубым цветом, если они находятся в допустимых пределах, желтым – если нарушены предаварийные границы и красным – если нарушены аварийные границы. Если аварийная ситуация (авария или предавария) не квитирована, то параметр отображается мигающим цветом (желтым или красным соответственно).
При своей работе система сохраняет в памяти: действия операторов, историю изменения параметров, историю аварий.
Просмотр действий операторов.
Эта функция предназначена для анализа протокола действий операторов. Все активные воздействия оператора на технологический процесс (включение или выключение оборудования, изменения уставок) записываются во внешнюю память в виде протокола или истории действий оператора. В протокол помещаются также сведения о передаче смены от одного оператора другому. Каждая запись в протоколе сопровождается датой и времени выполнения действия. Можно просмотреть весь протокол, а возможен и поиск фрагмента протокола по Дате и Времени.
Просмотр истории параметров.
Возможность просмотра истории изменения параметров появляется из-за того, что значения переменных записываются монитором во внешнюю память вместе с текущими значениями даты и времени. Для просмотра нужных параметров, их необходимо выбрать.
МПО СКАТ-Х обеспечивает хранение до 16 именованных групп параметров (до 6 параметров в каждой группе), параметры могут повторяться в разных группах. Одновременно может быть выбрано до 6 параметров.
История изменения технологических параметров просматривается в графической форме. Необходимо определить, графики каких параметров выдавать на экран.
На рисунке 10 приведен общий вид графического экрана.
Рис. 10. Общий вид графического экрана.
Числами в квадратных скобках обозначены следующие элементы графического экрана:
1 – область отображения графиков параметров;
2 – визир для считывания значений параметров и времени с графиков;
3 – примеры графиков параметров;
4,5 – обозначения соответственно верхней и нижней аварийных границ;
6,7 – диапазон изменения значений параметра;
8 – индикатор текущего режима работы;
9 – индикатор режима осреднения параметров;
10 – индикатор чтения базы или масштаба интегрирования параметров;
11 – индикатор текущего масштаба времени (величина временного интервала истории, отображаемого в окне просмотра) – от 7 минут до 64 суток;
12 – масштаб графиков (коэффициент сжатия графиков ) – от 1 до 64;
13 – время и дата левой границы окна;
14 – время и дата правой границы окна;
15 – время и дата, соответствующее визиру;
16 – аббревиатура параметра, его единица измерения и значение параметра, соответствующее визиру, или интегральное значение параметра;
17,18 – временной интервал интегрирования параметров.
В графическом режиме просмотра истории реализованы следующие функции:
· установка окна просмотра на текущее время;
· установка окна просмотра на начало истории;
· перемещение окна (экрана) по истории;
· точное перемещение (сдвиг по 8 точек экрана);
· сдвиг окна на ¼ экрана;
· сдвиг на целое окно к текущему времени или к началу истории;
· увеличение масштаба времени ( сжатие ) в 2 раза – максимум 64 суток;
· уменьшение масштаба времени ( растяжение ) в 2 раза – минимум 7 минут;
· увеличение масштаба графиков (сжатие графиков) в 2 раза;
· уменьшение масштаба графиков (растяжение графиков) в 2 раза;
· существует возможность медленного или быстрого перемещения визира.
· поиск данных и установка окна на требуемые дату/время;
· включение и отключение режима осреднения значений параметров;
· включение и отключение режима интегрирования параметров;
· изменение масштаба времени интегрирования параметров.
Каждый из параметров отображается своим цветом и в своем масштабе. Диапазон значений параметра (6,7) отображается цветом данного параметра.
При изменении масштаба графиков линии верхней и нижней аварийных границ (4,5) перемещаются в соответствии с текущим масштабом.
Время и дата для границ окна и для визира отображаются в виде :
В графическом режиме просмотра истории поддерживаются два режима работы:
· ТРЕНД – оперативное отображение текущих значений параметров синхронно с приемом данных от контроллера;
· ОКНО – просмотр любого фрагмента истории.
Режим ТРЕНД является начальным при входе в историю. Отрисовка графиков параметров выполняется на фоне приема и обработки данных от Контроллера.
При чтении "старых" данных с жесткого диска зажигается индикатор "поиск" (10). Режим осреднения значений параметров позволяет управлять точностью отображения значений параметров и скоростью отрисовки графиков при больших масштабах времени, когда одной точке графика соответствует несколько значений параметра из базы данных (архива).
При включенном режиме осреднения каждая точка графика и значение под визиром соответствует среднему из всех значений параметра для данной точки.
При входе в историю режим осреднения выключен. Отключение режима осреднения позволяет существенно увеличить скорость отрисовки графиков за счет снижения точности отображения при больших масштабах.
Режим интегрирования параметров позволяет получить интегральные значения аналоговых параметров за требуемый временной интервал при просмотре истории изменения параметров в графической форме.
Просмотр истории аварий.
Каждая возникшая аварийная или предаварийная ситуация фиксируется в журнале аварийных ситуаций. При вызове журнала аварий, на экране появляется рамка, содержащая сведения об аварийных ситуациях в хронологическом порядке (чем выше строка, тем более новой записи журнала аварий она соответствует). Для каждой ситуации выдается время ее возникновения, аббревиатура переменной, тип аварийной ситуации. Исчезновение аварийной ситуации (т.е. момент прихода значения переменной в норму) также фиксируется в журнале аварий. Можно получить полное наименование параметра по его аббревиатуре.
Ошибки контроллера и ошибки в линии связи отражаются записью "Особая ситуация в канале N" с выдачей кода ошибки. Возможен поиск фрагмента протокола по дате и времени. На рисунке 11 представлен внешний вид протокола "Карта аварий".
Рис. 11. Вид истории аварий.
Печать фрагментов системных архивов.
Система СКАТ-Х обеспечивает печать на принтере фрагментов системных архивов. Эта информация может использоваться для детального анализа: самого технологического процесса, причин возникновения аварийных ситуаций, правильности действий оператора в определенных ситуациях (не обязательно аварийных).
Для работы данного процесса необходимо задать следующие параметры:
· дату и время начала печати.
· дату и время конца печати.
· тип выводимых данных (режим печати):
· "Параметры" – печать значений параметров;
· "Аварии" – печать фрагмента истории аварий;
· "Оператор" – печать фрагмента протокола действий оператора;
· "Полная печать" - комплексная печать всей информации, запрашиваемой режимами "Параметры","Аварии" и "Оператор".
· список технологических параметров и интервал печати значений параметров в минутах, если запрашивается печать параметров. На рисунке 12 представлен вид окна печати.
Рис. 12. Вид окна печати.
При запуске процесса выполняется контроль правильности задания параметров, соответствия заданного времени текущему состоянию системных архивов. При обнаружении ошибок на микродисплее появляется сообщение: "ошибки параметров". Если ошибки не обнаружены, то формируется файл результатов и выполняется его печать. При неготовности принтера на микродисплее выдается соответствующее сообщение.
При печати выполняются также следующие действия :
· выдается номер смены в начале интервала печати и при изменении смены;
· разделяются таблицы печати значений дискретных и аналоговых параметров;
· значения аналоговых параметров печатаются с заданным оператором интервалом с осреднением значений на интервале;
· печатаются только изменения состояния дискретных переменных (дата и время изменения, новое состояние);
· выполняется расчет и печать общего времени нахождения параметра во включенном и выключенном состояниях за интервал печати.
1.7.2 Описание входных и выходных сигналов контроллера
Для обеспечения возможности контроля за ходом технологического процесса, на СКАТ-Х необходимо завести используемые сигналы, полное их описание приведено в таблице приложения 5.
1.8 Выбор и обоснование математического и системного обеспечения
1.8.1 ППП СКАТ-Х
1.8.1.1 Назначение системы
ППП СКАТ-Х (в последующем система СКАТ-Х) предназначен для решения задач автоматизации управления технологическими процессами и производствами непрерывного и дискретного характера в реальном масштабе времени.
Область применения системы – автоматизация процессов химической, нефтехимической, биохимической, фармацевтической, металлургической, пищевой промышленности.
СКАТ-Х является распределенной системой управления с гибкой структурой, включающей диспетчерскую технологическую станцию (ДТС), до 16 локальных технологических станций (ЛТС) и систему взаимодействия с объектом управления на базе микропроцессорных контроллеров (Ломиконт, Ремиконт, МИП, Ш-711).
Гибкость структуры СКАТ-Х проявляется в том, что локальные технологические станции могут выступать как автономные системы, способные решать задачи управления довольно крупными объектами (например, при использовании контроллеров Ломиконт 110/112, до 1024 входных и до 512 выходных аналоговых переменных, до 4096 входных и до 2048 выходных дискретных переменных).
Вместе с тем, ЛТС СКАТ-Х без какой-либо доработки могут быть объеденены в единую информационную систему посредством локальной технологической сети СКАТ-Х. Использование локальной технологической сети позволяет ввести еще один уровень иерархии управления – диспетчерское управление.
Структура системы СКАТ-Х в полной конфигурации представлена на рис. 13.
Рис. 13 . Структура СКАТ-Х в полной конфигурации.
ЛТС решает задачи управления объектом, получая необходимую информацию о состоянии объекта и реализуя управляющие воздействия на объект. ДТС решает задачу координации действий ЛТС в соответствии с заданным критерием управления крупным объектом, получая оперативную информацию с объекта и от операторов ЛТС.
Операторские станции СКАТ-Х (ЛТС и ДТС) реализуются на персональных компьютерах (ПК) в обычном или промышленном исполнении.
1.8.1.2 Технические характеристики станции СКАТ-Х
Основными характеристиками являются:
· Используемая ЭВМ (ПК) – IBM PC/AT-286/287,20Mб,EGA/VGA
· Используемая операционная система – MS-DOS 3.3 и выше
· Объем используемой памяти:
оперативной – не менее 640 Кбайт
дисковой – не менее 10 Mбайт
· Тип линии связи – витая пара
· Тип адаптера связи :
для ЛТС – МПО-8, АПП-8, АПП-8М
для ДТС – АПП-8, АПП-8М
· Число каналов связи :
ЛТС с контроллерами :
в сетевой конфигурации – 7
в автономной конфигурации – 8
ДТС с ЛТС – до 16
· Скорость обмена по каналам связи – до 9600 бод
· Удаленность по кабелю связи:
ЛТС – контроллеры – до 4000 м
ДТС – ЛТС – до 2000 м
· Поддерживаемые протоколы обмена:
ЛТС – контроллеры – Л-110/112, 120/122, Р-110/112, 120/122,
Р-130, МИП Ш-711/1И
· Интервал опроса параметров в установившемся режиме – 1 – 2 сек
· Диапазон настройки интервалов архивирования параметров – 1сек – 18 час.
· Интервал обновления данных на мнемосхемах и индикаторах – 1 – 2 сек
· Максимальное число одновременно обслуживаемых контуров регулирования – 6
· Максимальное число одновременно отображаемых графиков изменения параметров – 6
· Объем архива истории процесса – в пределах свободного объема на диске
· Диапазон настройки интервалов запуска процессов – 0 – 18 час
· Принцип настройки на объект управления – без программирования
· Восстановление после сбоев машины – автоматическое
· Режим работы – непрерывный
· Метод защиты – аппаратно-программный
1.8.1.3 Состав системы
Вся система СКАТ-Х является аппаратно-программным комплексом. Аппаратная часть состоит из:
· персонального компьютера;
· контроллеров, датчиков, исполнительных механизмов и линий связи с ними;
· адаптера и линий связи с контроллерами.
Программная часть комплекса устанавливается на ПК и включает в себя:
· систему настройки на заданный объект управления;
· систему обеспечения целостности комплекса;
· систему управления (Монитор пульта оператора).
1.8.1.4 Общие принципы построения системы СКАТ-Х
Функции системы СКАТ-Х. Программная система СКАТ-Х состоит из двух основных частей: системы настройки на объект управления (системы подготовки) и системы управления объектом.
Система настройки обеспечивает возможность адаптации СКАТ-Х к
работе на конкретном технологическом объекте и позволяет выполнять:
· описание конфигурации оборудования;
· задание требуемых характеристик обработки технологических параметров;
· подготовка мнемосхем технологических процессов;
· описание контуров регулирования;
· определение характеристик каналов передачи данных;
· определение характеристик прикладных процессов;
· описание состава абонентов локальной технологической сети.
Работа пользователя в системе настройки сводится к заполнению таблиц и не требует никаких операций, связанных с программированием.
Набор функций системы управления, реализующей пульт управления
оператора технологического процесса, можно разбить на три класса:
Функции контроля и управления процессом:
· представление оперативной информации о параметрах процесса на мнемосхемах;
· ведение архива истории параметров с возможностью графического отображения поведения параметров в истории и в динамике поступления оперативных данных
по параметрам;
· выполнение операций пуска/останова технологического оборудования с отображением состояния оборудования на мнемосхемах (только ЛТС);
· изменение уставок локальных контуров регулирования (только ЛТС);
· перевод контуров регулирования в режим ручного управления положением исполнительного механизма (только ЛТС).
Средства контроля и управления аварийными ситуациями:
· сигнализация нарушений технологического регламента:
- выхода за технологические границы и приближения к ним,
- возникновение аварийных ситуаций по результатам логического анализа косвенных признаков;
· квитирование аварийных сигналов;
· ведение протокола изменений состояния объекта по аварийным ситуациям с возможностью просмотра протокола (история аварий);
· отображение карты аварий процесса;
· отслеживание состояния контроллеров и линий связи с ними;
· отображение изменений состояния объекта по авариям.
Дополнительные функции:
· ведение протокола всех действий оператора, связанных с воздействием на объект управления;
· протоколирование сетевых сообщений;
· управление прикладными процессами (определение параметров, запуск, представление результатов работы;
· представление информации о собственном текущем состоянии (по прикладному процессу, очереди процессов, характеристикам обмена с контроллерами);
· сервисные функции (развитая система информационных фильтров, создание именованных групп выбора параметров, программируемый таймер событий, контекстно-зависимая помощь);
· функции администратора системы (информация о пусках/остановах системы, просмотр протокола действий оператора, управление использованием каналов связи, ведение базы операторов системы, корректировка системных даты/времени, останов системы).
Система СКАТ-Х позволяет разрабатывать и подключать к системе прикладные процессы, реализующие необходимые технологические расчеты, подготовку документации и многое другое.
Среда СКАТ-Х. Среда СКАТ-Х, формируемая на этапе запуска системы управления СКАТ-Х и включает в себя:
· резидент управления СКАТ-Х;
· резидент буферизации СКАТ-Х;
· монитор пульта оператора;
· программу управления графикой.
Резидент управления выполняет функции обслуживания каналов связи. Производит: формирование канальных запросов, управление логическими каналами, формирование и ведение канальных очередей, распаковку информации, полученной от контроллеров, управление об
менами монитора и прикладных процессов), управление прикладными процессами и службой времени, а также, рядом других специальных функций.
Резидент буферизации обеспечивает буферизацию операций архивирования параметров технологического процесса, хранения виртуальных экранов прикладных процессов и ряда системных параметров.
Монитор пульта оператора обеспечивает весь набор средств системы по управлению технологическим процессом.
Программа управления графикой предназначена для просмотра истории параметров в графическом виде.
Все программы системы управления функционируют только в среде СКАТ-Х и не могут быть запущены автономно.
Мультизадачность. Система СКАТ-Х является мультизадачной системой. Часть программ, одновременно выполняющихся в данный момент времени, неизменна по составу и образует ядро системы, обеспечивающее реализацию вышеуказанных функций. Другая часть является внешней по отношению к системе и может изменяться от объекта к объекту или вообще отсутствовать.
На базе такого решения, как параллельные процессы, могут быть реализованы задачи:
· расчета технико-экономических показателей процесса;
· получения различных отчетов в виде печатных документов;
· получения справок, формируемых на основе некоторых расчетов и используемых оператором при выполнении своих функций;
· построения и адаптации математических моделей процесса или его части;
· оптимизации режимных параметров объекта;
· режима советчика оператору.
Сетевые возможности системы. ЛТС СКАТ-Х могут объединяться в единую информационную систему с выделением диспетчерского уровня управления. Для подключения ЛТС к локальной технологической сети используется один из каналов адаптера связи, назначаемый через систему подготовки. Технологическая сеть имеет радиальную (звездообразную) структуру. Функции управления в сети выполняет ДТС.
Внешние (пользовательские) информационные возможности в системе ДТС – ЛТС определяются следующим образом :
· предоставление диспетчеру необходимой информации о технологическом процессе;
· обмен текстовыми сообщениями ЛТС – ЛТС, ЛТС – ДТС, ДТС – ЛТС;
· обмен "расчетным полуфабрикатом" (возможность распределенного решения задач);
· обмен "человек – компьютер" (возможность формирования запросов оператора к компьютеру другой станции и возможность передачи информации на другую станцию).
Надежность и живучесть системы. Надежность функционирования системы обеспечивается как соблюдением правил установки, монтажа и эксплуатации оборудования, так и использованием специальных механизмов и принципов построения программного обеспечения. К числу последних относятся:
· встроенная подсистема контроля целостности системы СКАТ-Х;
· механизм самовосстановления среды системы после сбоев и отключений машины (например, вследствие аварий по питанию);
· постоянный контроль состояния контроллеров и линий связи;
· автоматическая реконфигурация обмена вследствие аварий на линиях связи с контроллерами (обрыва линии);
· надлежащая организация подсистемы обмена (с анализом и исправлением возможных ошибок при передаче данных по линиям связи, обработкой сбоев в каналах и т.п.);
· регенерация информации по состоянию технологического оборудования.
1.8.2 Система автоматизации и проектирования АСУ ТП TRACE
MODE
1.8.2.1 Описание системы
Trace Mode – программный комплекс, являющийся графической инструментальной системой для проектировщиков АСУ ТП и инженеров служб автоматизации предприятий. Основной частью его применения является разработка верхнего уровня систем промышленной автоматизации. Созданные в Trace Mode проекты состоят из набора файлов, описывающих используемые сигналы, промежуточные переменные, структуру математической обработки данных, документирования и архивирования, а так же файлы, содержащие графические формы представления информации управления, шаблоны генерируемых отчетов, файлы технологических и аварийных сообщений и пр.
Система содержит набор программных средств, позволяющих разрабатывать и отлаживать системы управления не прибегая к использованию языков программирования. Система ориентирована на стандартные, надежные аппаратно-программные средства, а следовательно, создаваемые с её помощью разработки имеют не высокую стоимость. Данное качество является большим плюсом.
Trace Mode открытая система, поддерживающая практически любые системы контроллеров. Система допускает плавное обновление программных и аппаратных средств.
Операторские станции, разработанные с помощью Trace Mode, отличаются многообразием эргономических решений, обусловленных богатством графических форм отображения информации. Одна и та же величина может быть представлена 200-ми видами.
Операторские станции, созданные на базе Trace Mode, можно объединять в локальную сеть и создавать многоканальные системы телеуправления. В рамках пакета можно создавать сетевые комплексы, включающие до 200 сетевых узлов.
Система обеспечивает обработку информации от 4096 каналов ввода/вывода.
Разработка АСУ ТП осуществляется в три этапа:
· создание статических мнемосхем технологического объекта;
· создание базы каналов при помощи редактора базы каналов;
наложение на статический рисунок отображения информации из базы каналов при помощи редактора форм изображения.
1.8.2.2 Требования к аппаратному обеспечению Trace
Mode
· ПК совместимый с IBM PC/AT;
· CPU не ниже 80386DX;
· наличие сопроцессора;
· RAM не менее 1 Мб;
· HDD не менее 4 Мб;
· видеокарта SVGA (VESA) 640 х 480;
· звуковая плата совместимая с Adlib Sound Blaster;
· мышь, совместимая с MS Mouse (джойстик);
· принтер
· MS DOS 5.0 и выше.
1.8.3 Обоснование выбора математического и системного обеспечения
Система автоматизированного управления технологическими процессами СКАТ-Х была выбрана по следующим соображениям. Система менее требовательна к типу ПЭВМ. Минимальные требования – IBM 286 PC/AT совместимая. А на устанавливаемых здесь ПЭВМ 4-поколения система будет прекрасно работать. С ней очень просто работать. Даже рабочий персонал со среднеспециальным образованием может её освоить. У системы СКАТ-Х было и альтернативное решение, это система автоматизированного управления технологическими процессами, спроектированная на базе САПР "Trace Mode". Данная система обладает более качественной графической поддержкой, более универсальна и современна. Однако и здесь есть свои недостатки. Для внедрения новой системы необходимо купить дистрибутивы у организации-изготовителя, что влечет за собой значительные финансовые затраты. Данная система требует более современное аппаратное обеспечение, которое тоже необходимо будет закупить, а при сегодняшнем сложном материальном положении на промышленной котельной это сложно сделать. Кроме того, в результате работы системы "Trace Mode", на других объектах были выявлены некоторые проблемы. Главная проблема – создание и размер архивов. При одинаковых условиях, размеры архивов Trace Mode на несколько порядков больше, чем архивы СКАТ-Х. 300 МВа и 8 МВа соответственно. Да и время разметки архива у Trace Mode составляет полтора часа, а у СКАТ-Х – около 20 минут. Из написанного следует вывод, что более выгодно установить в котельной систему СКАТ-Х.
1.9 Разработка программного обеспечения на базе ППП СКАТ-Х
1.9.1 Описание каналов, адаптера и входов
Разработка программного обеспечения для проектируемой системы производится на базе системы автоматического управления технологическими процессами СКАТ-Х, и заключается в инженерном программировании, т.е. создании мнемосхем процесса с последующей привязкой полей мнемосхем к получаемым от контроллера сигналам.
Программирование производится из системы подготовки СКАТ-Х.
Привязка контроллеров к каналам СКАТ-Х производится при выборе из меню функций пункта меню [Каналы, F2]. Вызвав команду [Выбор], можно установить на первый канал контроллер, управляющий водогрейным котлом КВГМ-100. Настройка каждого канала производится при вызове команды [Настройка]. При вызове данной функции устанавливаем следующие значения:
· Скорость – 4800 бод;
· Паритет – четный;
· Стоп-бит – 2;
· Слово – 8 бит.
Описание адаптера связи производится при вызове опции [Адаптер]. Адаптер обрабатывает прерывание IRQ3 (300Н) от COM-2.
Описание входов системы СКАТ-Х производится при выборе команды меню функций [Параметры, F3], при помощи опций [Аналоговые входы] и [Дискретные].
1.9.2 Создание мнемосхем процесса
Создание и редактирование мнемосхем производится при помощи встроенного в систему СКАТ-Х редактора псевдографических изображений.
Для начала работы необходимо выбрать в меню функций пункт [Схемы, F5], а из появившегося подменю – опцию [Выбор схемы]. После выбора схемы – вызвать опцию [Подготовка схемы]. После совершения данных действий станет возможным создание псевдографического рисунка. Для удобства работы оператора необходимо создать несколько видов мнемосхем. На одной мнемосхеме будет отображаться циркуляция воды в котле, на другой – разрежение в котле (вместе с арматурой, задвижками и клапанами) и несколько сигналов, характеризующих протекание процесса. Внешний вид мнемосхем, разработанных на базе ППП СКАТ-Х, приведен на рисунках приложения 6.
Доступ к ресурсам псевдографического редактора происходит через функциональные клавиши F1 – F12 и клавиши переключения регистров. F1 – помощь. Набор спецсимволов вызывается путем нажатия клавиши F2. Если необходимый символ отсутствует в наборе, его можно создать в знакогенераторе.
После создания графического изображения, к нему необходимо привязать сигналы, поступающие от контроллера. Поля экрана, к которым будут привязаны аналоговые сигналы, создаются и описываются при вызове опции [Числовые поля]. F3 – добавить, F5 – изменить, F6 – позиция, F7 – цвет. Поля для дискретных сигналов создаются и описываются при вызове опции [Динамические поля]. Функциональные клавиши имеют такие-же функции.
1.9.3 Создание иерархии схем и карты аварий
Готовые мнемосхемы необходимо включить в иерархию схем, только включенные туда схемы будут доступны оператору ЛТС при работе в системе монитора.
Включение мнемосхем в иерархию схем производится при выборе пункта меню функций [Объект, F6], опции [Иерархия схем]. При помощи клавиши [Insert] мнемосхема включается на данном уровне.
Создание карты аварий производится при вызове опции [Карта аварий]. Сначала производится создание псевдографического рисунка, с последующей привязкой к его полям необходимых мнемосхем.
1.10 Разработка организационного обеспечения
Для внедряемой автоматизированной системы необходимо определить порядок её работы и очерёдность действий обслуживающего персонала. Иными словами необходима разработка организационного обеспечения. Исходя из данных об организации ведения технологического процесса до реконструкции, можно разработать новую организационную структуру технологического процесса.
В создаваемой структуре появятся новые звенья. С установкой в операторской локальной технологической станции, появятся несколько пользователей, имеющие определенные обязанности.
Оператор – оператор технологического процесса. В круг его обязанностей входит непосредственное управление процессом средствами системы СКАТ-Х. Для этого, помимо необходимых знаний по технологии процесса, оператору требуются знания возможностей системы. Указания по ведению технологического процесса он получает от технолога. Оперативно контролируя процесс, оператор может менять уставки регуляторов, технологические границы параметров, законы пересчета, по которым вычисляются косвенные параметры, сравнивать текущие значения с полученными ранее, для определения возможных причин отказов или сбоев в работе.
В случае возникновения аварийных ситуаций, отказа технологического оборудования или контрольно-измерительных приборов и автоматики, оператор ЛТС сообщает об этом технологу, останавливает технологический процесс. При помощи средств СКАТ-Х (применяя систему монитора и видеосхемы или тестируя контроллер, управляющий технологическим процессом) определяет возможную причину аварии. В случае, если сбой в работе произошел по вине контроллера или другой контролирующей аппаратуры, пытается устранить причину самостоятельно. Если попытки не приносят результата – вызывает ведущего инженера или слесарей-ремонтников, или слесарей КИПиА для устранения неисправностей. Данное нововведение позволяет сильно сократить время, затрачиваемое ремонтным персоналом на поиск и устранение неисправностей.
Программист – специалист, осуществляющий функциональное расширение системы в соответствии с местными требованиями без привлечения разработчика.
Машинист ЦТЩУ, вместе с машинистом-обходчиком по котельному оборудованию под руководством старшего машиниста котельной являются ответственными за безопасную эксплуатацию всего котельного оборудования и обеспечение установленных параметров теплоносителей на выходе из котельной. Машинист ЦТЩУ отвечает за безопасность при эксплуатации всего котельного оборудования в части:
· контроля, управления оборудованием с центрального теплового щита управления котлами,
· взаимодействия с машинистом-обходчиком по котельному оборудованию и старшим машинистом котельной,
· ведения оперативной документации
За состоянием пароводяной арматуры должны следить слесари АВР.
1.11 Оценка вероятности безотказной работы системы
Для оценки вероятности безотказной работы проектируемой системы можно сначала оценить данную вероятность для существующей системы, не выводя её из рабочего режима.
Вероятность отказа оценивается по формуле:
Qотк
= N/T. (1.18)
где: N – число поломок;
T – время наблюдения.
Исходя из данных сменных рапортов за весь 1999 год можно вывести следующие численные значения количества поломок различных блоков: блок А-542 – 14 раз; блок РП160 – 2 раза; блок 22БП-36М – 19 раз; блок ТХК – 1 раз; блок Ш-79 – 2 раз; блок Сапфир-22М-ДД – 2 раза.
Общее количество поломок N=40. Время Т=365 суток.
Qотк
= 40/365 = 0.1096
Вероятность безотказной работы можно оценить по формуле:
Р=1 – Qотк
(1.19)
Р = 1 – 0.1096 = 0.8904
Зная, что в проектируемой системе не будут присутствовать блоки А-542 и РП160, приняв во внимание количество сбоев в работе контроллера (по опыту эксплуатации данного контроллера на других объектах и в подобных условиях) – 1 раз, можно оценить вероятность безотказной работы новой системы.
Qотк
= 24/365 = 0.0658
Р = 1 – 0.0658 = 0.9342
Исходя из полученных значений, можно сделать вывод о том, что новая система имеет довольно высокую вероятность безотказной работы, а вероятность появления отказа здесь меньше, чем у существующей системы. Данное обстоятельство является ещё одним положительным фактором, указывающим на необходимость смены системы управления.
Т.к. элементы подвергаются отказам и для восстановления работоспособного состояния требуется определенное время, то для оценки надежности системы применяют комплексный показатель – коэффициент готовности, т.к. он отражает такие составляющие надежности, как безотказность и ремонтопригодность.
Коэффициент готовности (Кг
) – вероятность того, что система окажется работоспособной в произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации.
(1.20)
где:
- средняя наработка на отказ.
- среднее время восстановления работоспособного состояния.
Показатели надежности указаны в таблице 12.
Таблица 12. Показатели надежности.
| Наименование
|
|
|
Кг
|
|
|
10300
|
1
|
0,999902
|
| Датчики давления
|
10000
|
1
|
0,9999
|
| Привод
|
21000
|
3,2
|
0,99984
|
| Двигатель
|
12600
|
1,5
|
0,99988
|
| Заслонка
|
16700
|
1
|
0,99983
|
|
|
73600
|
0,66
|
0,999991
|
| Контроллер
|
0,9968
|
Структурная надежностная схема представляет собой последовательно включенные элементы системы, т.к. отказ любого элемента, приводит к нарушению работоспособности всей системы регулирования. Соответственно формула для расчета вероятности работоспособности системы будет выглядеть следующим образом:
Отсюда:
Кг
= 0,9968
Расчет надежности разрабатываемой системы показал, что система в целом имеет высокие показатели надежности и качества управления в условиях повышенных электромагнитных наводок, влажности и вибрации.
1.12 Расчет исполнительного механизма
Произведем расчет электродвигателя дымососа для выбора ПЧ.
Электродвигатель АИР-355М8УР имеет следующие параметры:
· P = 160 кВт;
· Uн
= 380 В;
· f = 750 об/мин;
· КПД () = 0,93;
· cos = 0,85;
· Кдв
= 2,4 .
103
.
Выходной номинальный ток электродвигателя АИР-355М8УР расчитывается по следующей формуле:
из формулы получаем Iн
= 307 А.
Теперь произведем расчет числа оборотов электродвигателя:
(1.23)
подставляя разную выходную частоту электродвигателя получаем:
(при fвых
= 10) n1
= 150 об/мин; (при fвых
=20) n2
= 300 об/мин; (при fвых
=30) n3
= 450 об/мин;
( при fвых
= 40) n4
= 600 об/мин; ( при fвых
= 50) n5
= 750 об/мин.
Из полученных данных можно сделать вывод, что ПЧ VEB DDU-380/390 более лучше подходит под требования этого электродвигателя.
Также произведем расчет электродвигателя вентиляторов для выбора ПЧ. Электродвигатель АИР-350М6 имеет следующие параметры:
· P = 200 кВт;
· Uн
= 380 В;
· f = 1000 об/мин;
· КПД () = 0,94;
· cos = 0,9;
· Кдв
= 4 .
103
.
Воспользовавшись формулами (1.15) и (1.16) для расчетов параметров получаем:
Iн
= 359 А; (при fвых
= 10) n1
= 200 об/мин; (при fвых
=20) n2
= 400 об/мин; (при fвых
=30) n3
= 600 об/мин;
( при fвых
= 40) n4
= 800 об/мин; ( при fвых
= 50) n5
= 1000 об/мин.
Из полученных данных также можно сделать вывод, что ПЧ VEB DDU-380/390 более лучше подходит под требования этого электродвигателя.
1.13 Определение научно-технического уровня разрабатываемой системы
Научно-технический уровень разрабатываемой системы можно оценить по нескольким критериям. Структура, разрабатываемой АСУ, актуальна на сегодняшний день. Введение в структуру АСУ верхнего уровня автоматизации с применением ПЭВМ и подключение к ней контроллера отвечает современным требованиям к автоматическим системам управления. А управление технологическим процессом с применением микропроцессорного контроллера является современным направлением развития автоматических систем управления в целом. В отношении технических средств, применяемых при разработке системы необходимо заметить, что ресурс работы контроллера составляет 8 лет – это довольно большой срок, а с учетом того, что научно – технический прогресс движется в настоящее время огромными темпами, за прошедшее время может появиться нечто координально новое в области АСУ. Если же замена отработавшего свой ресурс оборудования будет производиться на оборудование того же типа, но на более совершенную модель больших проблем с монтажем не возникнет. Программное обеспечение, разработанное для данной системы, можно применять и в последующем, после проведения будующих модернизаций оборудования, так как вновь появляющиеся системы имеют поддержку "сверху-вниз", а значит, существующее программное обеспечение, будет жизнеспособно ещё долгое время.
2. Охрана труда и техника безопасности
Охраной труда называют систему законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранения здоровья работоспособности человека в процессе труда.
Одна из основных задач охраны труда заключается в обеспечении безопасности труда человека, т.е. создание таких условий труда, при которых исключается воздействие на работающих опасных вредных производственных факторов.
2.1 Анализ влияния вредных и опасных производственных факторов на организм человека
Оборудование находящееся на котельной, относится к оборудованию повышенной опасности и подконтрольно Госгортехнадзору.
Опасными факторами являются: природный газ, мазут, высокие давление и температура пара и воды, вращающиеся части насосов, дымососов, вентиляторов.
К вредным производственным факторам, относятся шум, вибрация и повышенная температура окружающего воздуха.
2.1.1 Шум. Защита от шума
Шум – это беспорядочное сочетание различных по частоте и силе звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе и отдыху. Работа, выполняемая в шумной обстановке, оказывается более тяжелой, чем при выполнении ее в условиях относительной тишины. Шум влияет на чувствительность зрения, препятствует сосредоточению внимания, затрудняет выполнение точных работ. Установлено, что увеличение шума с 76 до 95 дБ снижает производительность физического труда на 20 – 22 %, а умственного – более чем на 40%. Шум вызывает изменения в нервной системе, оказывает влияние на психику человека, сердечно - сосудистую систему, пищеварение, ухудшает сон. Работа в условиях сильного шума может вызвать головную боль, головокружение, ослабление внимания. Длительное воздействие чрезмерного шума приводит к стойким поражениям и нарушению функций органов слуха.
На промышленной котельной шум в основном механический (работа котлов, деаэраторов) и аэродинамический (работа насоса).
По санитарным нормам СН 245-71 нормируемыми параметрами шума являются уровни в децибелах (L,дБ) среднеквадратичных звуковых давлений в октавных полосах частот от 63 до 8000 Гц. Предельному спектру, принятому в санитарных нормах (в котором величина звукового давления на частоте 1000 Гц является его номером), приближенно соответствует увеличенное на 5 дБ значение уровней звука в дБА (например, спектру ПС-35 соответствует 40 дБА и т.п.). На промышленной котельной замеры шума показали результаты, занесенные в таблицу 13.
Таблица 13. Показатели уровня шума.
|
|
Общий уровень шума, дБА |
ПДУ, дБА |
|
| 09.99 |
Зона котлов |
80 |
80 |
| Пульт управления |
63 |
75 |
|
| 06.98 |
Зона котлов |
80 |
80 |
| Пульт управления |
58 |
75 |
|
Согласно таблице, уровень шума находится на границах предельно-допустимых значений в зоне котлов, а в помещении пульта управления шум находится в норме. В данном случае для защиты персонала от шума применение средств индивидуальной защиты не обязательно, но рекомендуемо. Для защиты органов слуха можно применить наружные и внутренние противошумы.
Наружные противошумы (шумозащитные наушники) прикрывают ушную раковину, внутренние противошумы (заглушки, вкладыши) вставляют в наружный слуховой проход. Заглушки (так называемые "беруши") ослабляют шум на 5 – 7 дБ при частотах до 500 Гц и на 15 дБ при частотах более 3000 Гц. Индивидуальные средства защиты, в данном случае, будут успешно защищать органы слуха человека, так как измеренные значения и предельно допустимый уровень шума фактически равны. Однако применение внутренних противошумов не всегда возможно, так как они быстро загрязняются от пыли и пота и создают неудобства при пользовании ими. Гораздо эффективнее применение шумозащитных наушников, которые закрывают всю ушную раковину. На промышленной котельной применяются и беруши, но чаще предпочтение отдается наушникам типа ВЦНШОТ-1.
2.1.2 Влияние вибрации
Вибрация – это сотрясение конструкций, машин, механизмов, сооружений, возникающее в следствии неуравновешенных силовых воздействий.
Частотный диапазон: 1 – 2000 Гц. Вибрация вызывает раздражение нервных окончаний.
Для ослабления вибрации агрегаты ставят на самостоятельные фундаменты. Также прохождение своевременного технического обслуживания и ремонта насосов и др. источников вибрации (устранение соударений и дисбаланса движущихся масс).
Так на промышленной котельной все агрегаты (котлы, деаэраторы, насосы) установлены на отдельные фундаменты.
2.1.3 Воздействие вредных газов
Вредные газы действуют на организм человека удушающе или отравляюще. Удушающие газы не вызывают каких-либо нарушений в организме человека. При значительных концентрациях газа в воздухе содержание кислорода в нем уменьшается и его не хватает для нормальной жизнедеятельности организма человека, что вызывает кислородный голод. Первые признаки кислородного голода могут появится при понижении содержания кислорода в воздухе с 21% до 18 – 16%. При содержании кислорода в воздухе ниже 6% дыхание человека останавливается. Опасность для человека представляет содержание удушающего газа в воздухе помещений выше 30%.
Отравляющие газы вызывают различные нарушения нормальной жизнедеятельности человеческого организма, в результате чего даже при достаточном содержании кислорода в воздухе происходит отравление. Соединяясь с гемоглобином крови, окись углерода образует карбоксигемоглобин, который препятствует обогащению крови кислородом и, следовательно, не допускает передачи кислорода клеткам организма. По мере накопления карбоксигемоглобина наступает кислородный голод. Допустимая концентрация окиси углерода в воздухе помещений составляет 0,02 мг2
/л. признаки отравления: головная боль, шум в ушах, слабость, тошнота. При более тяжелых отравлениях наблюдается потеря сознания, прекращение дыхания и остановка сердца.
На промышленной котельной в качестве топлива применяется природный газ. Природный газ не имеет запаха, цвета, вкуса, легче воздуха в 1,72 раза, взыровоопасен, действует удушающе, содержит 94% метана. Для придания запаха в природный газ добавляют газ этилмеркаптан 16 г на 1000 м3
.
Содержание природного газа свыше 10% в замкнутом помещении может привести к смерти от недостатка воздуха.
Природный газ имеет пределы взрываемости: нижний предел – 5% и верхний предел – 15%. В этих пределах смесь газа с воздухом является взрывоопасной, при наличии искры или открытого огня произойдет взрыв.
Газоопасные места в зависимости от степени загрязнения воздуха вредными примесями подразделяются на четыре группы:
· ГРУППА 1. Места, где кратковременное пребывание людей без газозащитной аппаратуры смертельно опасно.
· ГРУППА 2. Места, где содержание вредных примесей в воздухе превышает санитарные нормы, и где длительное пребывание людей без газозащитной аппаратуры смертельно опасно.
· ГРУППА 3. Места, где возможно появление вредных примесей в количествах, превышающих санитарные нормы
· ГРУППА 4. Места, где имеются или в результате работы могут произойти выделения природного газа.
Промышленная котельная по газоопасности относится к ГРУППЕ 4, так как в случае прорыва газопровода работы здесь производятся как в первой группе газоопасных мест. Данный участок оборудован шкафами для хранения газозащитных аппаратов (респиратор "Лепесток-200" и защитные очки).
2.1.4 Взрывоопасность помещений. Способы тушения пожаров
Взрыв – это мгновенное изменение физического или химического состава вещества, сопровождаемое быстрым выделением энергии.
Наибольшую опасность представляет собой детонация – распространение горения ударной волной. При взрыве газовых смесей происходит мгновенное химическое превращение с резким выделением энергии и образованием нагретых сжатых газов, которые в свою очередь образуют ударную волну.
Помещения по взрывопожароопасности разделяются на 6 групп:
· А – взрывопожароопасные (с температурой вспышки не более 28 0
С)
· Б – взрывопожароопасные (с температурой вспышки более 28 0
С)
· В – легко воспламеняемые (горючие и трудногорючие жидкости)
· Г – пожароопасные (негорючие материалы, но в раскаленном состояние)
· Д – непожароопасные (негорючие вещества в холодном состояние)
· Е – взрывоопасные (возможен взрыв без последующего горения)
Для тушения пожаров используют:
- воду, которая может подаваться сплошной или распыленной струей
- пену, которая состоит из пузырьков воздуха или из пузырьков диоксида углерода (СО2
)
- инертные газовые разбавители (аргон, водяной пар, N2
и различные дымовые газы)
- гомогенные ингибиторы (хладоны)
- гетерогенные ингибиторы (огнетушащие порошки)
Промышленная котельная поделена на части по категориям пожаровзрывоопасности. Так котельный зал главного корпуса котельной по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности относится к категории В. Помещение оборудовано водяными пожарными кранами в количестве 23 штуки и пенными пожарными кранами в количестве 14 штук. Кроме того на каждом котле установлены ящики с песком и огнетушители ОХП-10.
Помещение центрального теплового щита управления котлами относится к категории Д по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности. Помещение укомплектовано огнетушителями ОУ-5 в количестве 2 штук.
Мазутное хозяйство является пожароопасным производством категории В. На территории мазутного хозяйства установлены 6 пенных и 3 водяных пожарных гидранта, оборудовано 7 пожарных щитов с первичными средствами пожаротушения. Предусмотрено автоматическое пожаротушение раствором пены резервуаров мазута, кабельных подвалов мазутонасосной станции, машинный зал мазутонасосной станции.
2.1.5 Воздействие электрического тока
При работе на таком специфическом производстве (в присутствии большого количества влаги) не исключено попадание рабочего персонала под действие электрического тока. Воздействие электрического тока на организм человека приведено в таблице 14.
Таблица 14. Виды воздействия электрического тока на организм человека.
| Сила тока, мА
|
Характер воздействия
|
|
| Переменный ток 50 – 60 Гц |
Постоянный ток |
|
| 0.6 – 1.5 |
Начало ощущения, легкое дрожание пальцев рук. |
Не ощущается. |
| 2 – 3 |
Сильное дрожание пальцев рук. |
Не ощущается. |
| 5 – 10 |
Судороги рук. |
Зуд, ощущение нагрева. |
| 12 – 15 |
Руки трудно оторвать самостоятельно от электродов. |
Усиление нагрева. |
| 20 – 25 |
Руки парализуются немедленно, оторвать их от электродов невозможно. Очень сильные боли. Затруднение дыхания. Состояние терпимо не более 5 с. |
Еще большее усиление нагрева. Незначительное сокращение мышц рук. |
| 50 – 80 |
Паралич дыхания. Начало трепетания желудочков сердца. |
Сильное ощущение нагрева. Сокращение мышц рук. Судороги. Затруднение дыхания. |
| 90 – 110 |
Паралич дыхания. При длительности 5 с и более установившихся трепетаний желудочков – паралич сердца. |
Паралич дыхания. |
| 3000 и более |
Паралич дыхания и сердца при воздействии тока более 0.1 с. |
Поражение дыхания и сердца при воздействии тока более 0.1 с. |
2.1.6 Освещение помещений и рабочих мест с ПЭВМ
Освещение в помещениях эксплуатации ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно-общественных помещениях, в случае преимущественной работы с документами, допускается применение системы комбинированного освещения.
Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300 – 500 лк.
Следует ограничивать прямую блесткость от источников освещения, при этом яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящихся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/м.
Следует ограничивать отраженную блесткость на рабочих поверхностях (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения, при этом яркость бликов на экране ПЭВМ не должна превышать 40 кд/м и яркость потолка при применении системы отраженного освещения не должна превышать 200 кд/м.
В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ.
Общее освещение следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении ПЭВМ.
Яркость светильников общего освещения в зоне углов освещения от 50 до 90 градусов с вертикалью в продольной и поперечной плоскостях должна составлять не более 200 кд/м, защитный угол светильников должен быть не менее 40 градусов.
Коэффициент запаса для светильных установок общего освещения должен приниматься равным 1,4. Коэффициент пульсаций не должен превышать 5%, что должно обеспечиваться применением газоразрядных ламп в светильниках общего и местного освещения с высокочастотными пускорегулирующими аппаратами для любых типов светильников.
2.1.6.1 Расчет искусственного освещения
Произведем расчет равномерного искусственного освещения для помещения размером 20 х 10 х 3 м, в котором освещенность должна быть равной 300 лк (см. ГОСТ 12.1.046 – 85).
В качестве источника света при искусственном освещении должны применятся преимущественно люминесцентные лампы (ЛБ, ЛЛ). Для расчета будем использовать метод светового потока. Этот метод позволяет обеспечить среднюю освещенность поверхности с учетом всех падающих на нее прямых и отраженных потоков света.
Необходимый поток света от лампы рассчитывается по формуле:
где А – освещаемая площадь, м2
; z – коэффициент минимальной освещенности (при освещении линиями люминесцентных светильников z = 1,1); - коэффициент использования светильников, определяемый по индексу помещения i и коэффициентам отражения потолка , стен , пола ; N – количество светильников.
Индекс помещения рассчитывается по формуле:
где a и b – длина и ширина помещения, м; h – расчетная высота h = H - hс
– hг
, м (H – высота помещения, м; hс
– высота от светильника до потолка, м; hг
– высота до освещаемой горизонтальной поверхности от поло, м).
Расчет:
Так как будут применяться лампы ЛЛ, то для них k = 1,5, принимаем z = 1,1. Ориентировочно можно принять = 30%; = 10%; = 10%; hс
= 0,8 м; hг
= 0,8 м.
Постоянная помещения по формуле (2.2) равна:
Тогда по таблице значений коэффициентов использования светильников = 29%.
Потребный световой источник света по формуле (2.1) равен:
Ближайшая люминесцентная лампа ЛБ34 имеет световой поток 5400 лк и мощность 80 Вт. Следовательно, для обеспечения требуемой освещенности требуется иметь в помещении 60 ламп этого типа.
2.2 Разработка инструкции по охране труда для машиниста центрального щита управления
2.2.1 Общие сведения
Машинистом ЦТЩУ котлами промышленной котельной может быть лицо не моложе 18 лет, прошедшее предварительное и периодическое медицинское освидетельствование, обученные по специальной программе и имеющие удостоверение квалификационной комиссии на право обслуживания котлов среднего давления на жидком и газообразном топливе и вспомогательного оборудования, имеющее 1 группу по электробезопасности, имеющие допуск к самостоятельной работе распоряжением по цеху
Машинист ЦТЩУ должен знать:
· Производственно-техническую инструкцию по пуску, обслуживанию и останову водогрейного котла КВГМ-100-150;
· Производственно-техническую инструкцию по эксплуатации РОУ котельной;
· Производственно-техническую инструкцию по эксплуатации газопроводов и ГРП природного и сбросного газа;
· Производственно-техническую инструкцию по эксплуатации деаэрационно - питательной установки промкотельной;
· Инструкцию по пожарной безопасности;
· План ликвидации аварий в газовом хозяйстве промышленной котельной теплосилового цеха;
В соответствии с нормами машинист ЦТЩУ обеспечивается следующими индивидуальными средствами защиты:
· костюм х/б;
· рукавицы комбинированные;
· ботинки кожанные;
· каска с подшлемником;
· очки защитные
Помещение центрального теплового щита управления котлами относится к категории Д по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности. Помещение укомплектовано огнетушителями ОУ-5 в количестве 2 штук. Для вызова пожарной охраны имеется телефон.
При приемке смены машинист ЦТЩУ обязан:
· Ознакомиться со схемой и режимом работы оборудования по сигнальным лампочкам на щитах, пультах, по положениям ключей управления и на основании доклада машиниста-обходчика;
· Получить сведения от сдающего смену машиниста ЦТЩУ об оборудовании, за которым необходимо вести тщательное наблюдение для предупреждения нарушений и аварий, и об оборудовании, находящемся в резерве и ремонте;
· Проверить и принять от сдающего смену машиниста ЦТЩУ оперативную документацию и документацию рабочего места;
· Ознакомиться со всеми записями и распоряжениями за время, прошедшее после его предыдущего дежурства;
· Проверить опробыванием исправность основного и аварийного освещения
Машинист ЦТЩУ должен проверить:
· Топку и обмуровку котлов
· Дымососы и вентиляторы
· Питательные, сетевые, подпиточные, рециркуляционные, конденсатные насосы
· Предохранительные клапаны котлов, деаэраторов, редукционноохладительных установок, деаэраторов, сепараторов
· Манометры на всем оборудовании
· Запорную и регулирующую арматуру
· Водоуказательные приборы паровых котлов
· Исправность ламп световой сигнализации и звуковой сигнал
· Исправность автоматических регуляторов
· Исправность отсекателей топлива
· Давление газа и мазута перед горелками
· Основное и аварийное освещение
· Прямую телефонную связь со сменным мастером
· Трубопроводы пара и горячей воды в пределах котельной
· Результаты проверки записать в журнал приема-сдачи смен
2.2.2 Действия во время ремонта котельного оборудования
Перед производством ремонта котельного оборудования машинист ЦТЩУ должен убедиться в изъятии ключ-марки лицом, выполняющим ремонтные работы, а в его отсутствие – мастером смены и записи в журнале передачи ключ марки.
До начала производства ремонтных работ, связанным с пребыванием людей возле котла, при ремонте сигнально-блокировочного устройства, машинист ЦТЩУ должен проверить наличие записи в журнале передач смен и технического состояния оборудования и технического состояния оборудования, установленных на газопроводах, заглушках и убедиться в их установке в местах, указанных в журнале.
По окончании ремонта машинист ЦТЩУ должен проверить наличие в журнале передачи смен и учета технического состояния оборудования:
· записи об окончании ремонта, а при установке на время ремонта заглушек. Записи об их удалении и убедиться на месте их отсутствия;
· распоряжения лица, ответственного за исправное состояние и безопасное действие котлов, о вводе котлов в работу.
2.2.3 Требования безопасности перед началом работы
Машинист ЦТЩУ обязан являться на работу отдохнувшим, здоровым за 15-25 минут до начала смены, надеть положенную спецодежду и пройти на рабочее место - центральный тепловой щит управления котлами.
При приемке смены машинист ЦТЩУ обязан:
· Проверить состояние всего оборудования по показаниям приборов и докладу машиниста-обходчика:
1. Топку и обмуровку котлов;
2. Дымососы и вентиляторы;
3. Питательные, сетевые, подпиточные, рециркуляционные, конденсатные насосы;
4. Предохранительные клапаны котлов, деаэраторов, редукционноохладительных установок, деаэраторов, сепараторов;
5. Манометры на всем оборудовании;
6. Запорную и регулирующую арматуру;
7. Водоуказательные приборы паровых котлов;
8. Исправность ламп световой сигнализации и звуковой сигнал;
9. Исправность автоматических регуляторов;
10. Исправность отсекателей топлива;
11. Давление газа и мазута перед горелками;
12. Основное и аварийное освещение;
13. Прямую телефонную связь со сменным мастером;
14. Трубопроводы пара и горячей воды в пределах котельной;
15. Результаты проверки записать в журнал приема-сдачи смен.
· Ознакомиться со схемой и режимом работы оборудования по сигнальным лампочкам на щитах, пультах, по положениям ключей управления и на основании доклада машиниста-обходчика
· Получить сведения от сдающего смену машиниста ЦТЩУ об оборудовании, за которым необходимо вести тщательное наблюдение для предупреждения нарушений и аварий, и об оборудовании, находящемся в резерве и ремонте
· Проверить и принять от сдающего смену машиниста ЦТЩУ оперативную документацию и документацию рабочего места, противопожарный инвентарь
· Ознакомиться со всеми записями и распоряжениями за время, прошедшее после его предыдущего дежурства
· Проверить санитарное состояние помещения
· Проверить опробыванием исправность приточной и вытяжной вентиляции
· Проверить опробыванием исправность основного и аварийного освещения
· Потребовать от сдающего смену машиниста ЦТЩУ устранения замечаний, выявленных при приемке смены
Машинист ЦТЩУ обязан доложить сменному мастеру котельной по прямой телефонной связи о вступлении на дежурство и о недостатках, выявленных при приемке смены.
После устранения машинистом ЦТЩУ, сдающим смену, недостатков, выявленных при приемке смены, машинист ЦТЩУ должен оформить приемку-сдачу смены записью в журнале приема-сдачи смен за своей подписью и подписью сдающего смену.
2.2.4 Требования безопасности во время работы
Пуск, обслуживание, остановка основного и вспомогательного котельного оборудования производится бригадой в составе: старший машинист котельной, машинист-обходчик по котельному оборудованию, машинист ЦТЩУ.
Требования безопасности перед растопкой котла:
· Растопка котла проводить на основании письменного распоряжения начальника котельной или старшего мастера котельной;
· Перед пуском котла после ремонта или длительного нахождения в резерве (более 3-х суток) должны быть проверить исправность и готовность к включению вспомогательного оборудования, контрольно-измерительные приборы, средства дистанционного управления арматурой и механизмами, авторегуляторов, устройств сигнализации, блокировок и защиты. Выявленные неисправности должны быть устранены соответствующими службами (электрослужбой, службой КИПиА и ремонтной службой котельной) в соответствии с границами обслуживания. При неисправности устройств сигнализации, блокировок и защит пуск котла запрещается.
· Перед растопкой: - паровые котлы заполнить деаэрированной питательной водой; - установить через водогрейные котлы расход сетевой воды не ниже минимального (1150 т/час);
· Перед растопкой котла топку и газоходы провентилировать дымососами, дутьевыми вентиляторами при открытых шиберах газовоздушного тракта не менее 10 минут с расходом воздуха не менее 25% номинального. Перед растопкой котлов из неостывшего состояния при сохранившемся избыточном давлении в пароводяном тракте вентиляцию начинать не ранее, чем за 15 минут до розжига горелок.
· До розжига котла продуть газом газопровод котла через концевую свечу. Продувка газопровода котла должна производиться при закрытых задвижках на горелках и открытых свечах безопасности. Окончание продувки газопровода определяется путем анализа отбираемых проб газа из пробоотборника концевой свечи, на которую ведется продувка. При этом содержание кислорода в газе не должно превышать 1% в двух последовательно взятых пробах.
Требования безопасности при растопке котла:
· Растопку котла производить согласно производственно-техническим инструкциям по пуску, обслуживанию и останову каждого типа котлов;
· Непосредственно перед зажиганием горелок необходимо проверить наличие давления газа в газопроводе (не ниже 0,1 кг/см2
) и давления воздуха в воздуховоде (не ниже 50 кг/м2
), установить разрежение в топке - 1,5 -2 кг/м2
;
· Задвижку на газопроводе перед горелкой разрешается открывать только после поднесения к горелке запальника или факела;
· Розжиг горелок и осмотр топки производить в очках и рукавицах. Разжигая горелки не стоять против отверстий гляделок, чтобы не травмироваться от случайного выброса пламени;
· При зажигании горелок в топку следует подавать минимальное количество воздуха, обеспечивающее полное сгорание газа и исключающее отрыв пламени от горелки. Тяга должна быть ограничена. Горелки следует разжигать в следующем порядке:
1. Прикрыть шибер по воздуху перед горелкой;
2. Открыть задвижку перед горелкой и плавно подать газ на открытое пламя запальника (факела);
3. Таким же образом разжечь остальные растопочные горелки.
· Если газ при подаче через первую горелку не загорится или, загоревшись, в процессе регулирования потухнет, необходимо прекратить подачу газа, провентилировать топку и газоходы в течение 10 минут, проверить давление газа и воздуха и приступить к повторному зажиганию;
· Газ и воздух при зажигании и регулировании горелок необходимо подавать постепенно;
· Включение котла в общий паропровод производить после дренирования и прогрева соединительного паропровода. Давление пара за котлом при включении должно быть равно давлению в общем паропроводе.
Требования безопасности при пуске РОУ и паропроводов:
· Пуск РОУ и паропроводов производить на основании письменного распоряжения начальника котельной, старшего мастера котельной, сменного мастера котельной в соответствии с производственно-технической инструкцией по пуску, обслуживанию и останову РОУ промкотельной;
· Подачу пара в паропровод вести постепенно, не допускать гидроударов. Следить за отводом конденсата из дренажей. При появлении гидроударов подачу пара в паропровод прекратить, увеличить отвод конденсата, а затем снова приступить к пуску паропровода;
· Скорость прогрева паропровода не должна превышать 5 0
С/мин.
Требования безопасности при пуске деаэрационно-питательной установки:
· Проверить наличие ограждений муфт питательных насосов. Наличие и качество смазки в корпусах подшипников, исправность системы охлаждения;
· Проверить готовность электрических схем электродвигателей насоса и арматуры по сигнальным лампочкам на пульте управления;
· Пуск деаэрационно-питательной установки производить согласно производственно-технической инструкции по пуску, обслуживанию и останову деаэрационно-питательной установки;
· Скорость прогрева деаэратора не должна превышать 60 0
С/час.
Требования безопасности при обслуживании водогрейных котлов промкотельной, вспомогательного оборудования котельной для машиниста ЦТЩУ:
· При увеличении нагрузки водогрейного котла при работе на газе необходимо сначала увеличить подачу газа, затем воздуха, отрегулировать разрежение в топке;
· При уменьшении нагрузки водогрейного котла при работе на газе необходимо сначала сократить подачу воздуха, затем газа, затем отрегулировать разрежение в топке;
· При увеличении нагрузки водогрейного котла при работе на мазуте необходимо сначала увеличить разрежение, увеличить подачу воздуха, затем увеличить подачу мазута;
· При уменьшении нагрузки водогрейного котла при работе на мазуте необходимо сначала уменьшить подачу мазута, затем воздуха, затем уменьшить разрежение в топке;
· Увеличение и уменьшение нагрузки (подачи топлива) водогрейного котла производить таким образом, чтобы изменение температуры сетевой воды на выходе из водогрейного котла было равномерным со скоростью, не превышающей 30 0
С/час;
· Изменение температуры на выводах тепловой сети за счет включения (отключения) водогрейных котлов должно быть равномерным со скоростью, не превышающей 30 0
С/час;
· Поддерживать разрежение в топке в пределах 2-3 кг/м2
. Работа котла с давлением в топке не допускается;
· Поддерживать давление воздуха перед горелками согласно режимной карте в зависимости от давления газа или мазута;
· Следить за давлением в деаэраторах. Поддерживать его в пределах 3,2 - 3,3 кг/см2
;
· Поддерживать уровень в питательных деаэраторах 2,0 - 2,5 м. Не допускать опорожнения деаэраторов, что может привести к аварии работающего питательного насоса;
Требования безопасности при остановке котлов и вспомогательного оборудования:
· При остановке водогрейных котлов прекратить подачу топлива в топку, закрыть всю арматуру по газу и мазуту к горелкам, открыть свечи безопасности на газопроводах и продувку паром мазутных форсунок;
· При остановке водогрейных котлов провентилировать топку и газоходы в течение 10-15 минут, после чего закрыть направляющие аппараты дымососов и вентиляторов, отключить дымососы и вентиляторы;
· Контролировать температуру уходящих газов в остановленном водогрейном котле не менее 24 часов.
2.2.6 Требования безопасности по окончании работы
Машинист ЦТЩУ перед сдачей смены обязан:
· Проверить состояние оборудования;
· Доложить принимающему смену машинисту ЦТЩУ обо всех переключениях, отключениях, неполадках в работе оборудовании и на ЦТЩУ;
· Устранить замечания, выданные принимающим смену машинистом ЦТЩУ;
· Оформить приемку-сдачу смену записью в журнале приема-сдачи смен за своей подписью и подписью принимающего смену.
Приемка и сдача смены во время ликвидации аварии запрещаются. Пришедший на смену машинист ЦТЩУ используется по усмотрению лица, руководящего ликвидацией аварии (сменный мастер, старший мастер, начальник котельной).
Приемка и сдача смены во время переключений, пуска и останова оборудования допускаются только с разрешения старшего мастера котельной, начальника котельной.
Автоматизация технологических процессов значительно повышает культуру производства и значительно облегчает труд человека, позволяет переложить выполнение тяжелой физической работы на плечи автоматики. При внедрении автоматизированных систем, функции рабочего сводятся к контролю за работой машин. Персонал может находиться на безопасном расстоянии от агрегатов. Внедрение автоматизации создает условия для коренного улучшения условий труда и безопасности работ, дает возможность увеличить производительность труда и улучшить психологический климат в коллективе. Наряду с этим улучшаются работа машин, ход технологического процесса и качество продукции.
При внедрении автоматизации необходимо учитывать согласование функций автоматических устройств с деятельностью оператора. Неправильное решение системы автоматизации может привести к физической перегрузке оператора, что снизит надежность системы.
При внедрении автоматизированной системы управления работой водогрейным котлом положительно решается несколько задач охраны труда.
Автоматическое управление котлом позволит убрать персонал, контролирующий его работу. Повышение надежности автоматического управления по сравнению с предыдущим уровнем позволит реже подвергать обслуживающий персонал (слесарей-ремонтников, слесарей КИПиА) воздействию вредных производственных факторов – вибрации и шума.
Надо заметить, что автоматизация производства вовсе не обостряет проблему безработицы, достаточно серьезную на данный момент, а повышает культуру производства и дает стимул к повышению образования персонала.
3. Организационно-экономическая часть
3.1 Организация производства
3.1.1 Организация производственного процесса
Производственный процесс организуют так, чтобы он обеспечивал получение продукции требуемого качества в необходимом количестве, с наименьшими трудовыми, материальными и энергетическими затратами и с наибольшей безопасностью.
Порядок организации работ должен быть доведен до сведения персонала, занимающегося производством и техническим контролем.
Управление производственными процессами подразумевает наличие рабочих инструкций, регламентирующих способ производства, методов и приемов работы, необходимого производственного оборудования и материалов, требований по уходу за ними, порядка и методов проверки качества процесса и получаемой продукции, методов регулирования процесса, требований к персоналу, выполняющему работу.
Производственные процессы проводят в строгом соответствии с технологическими инструкциями, которые обеспечивают все участки.
Производственный персонал изучает технологические инструкции до начала процесса.
Все участки производственного процесса укомплектовывают персоналом соответствующей квалификации согласно штатному расписанию.
При проведении процесса персонал руководствуется инструкциями:
· технологическими;
· должностными;
· по эксплуатации оборудования;
· по технике безопасности.
Начальники смен, мастера и бригадиры доводят до производственного персонала до начала работы сменные задания.
Во время профосмотра и до начала процесса производственный персонал настраивает и проверяет технологическую точность всего технологического оборудования, подготавливает весь необходимый рабочий инструмент, материалы, средства контроля и измерений. Состояние оборудования перед началом процесса бригадиры (мастера) фиксируют в специальном журнале, рапортах и т.д.
Все операции производственного процесса выполняют под непосредственным руководством мастеров, бригадиров и наиболее квалифицированных рабочих, которые оформляют соответствующий документ (паспорт, технологическую карту и т.д.).
Дежурный персонал механической и энергетической служб и служб автоматизации постоянно следит в соответствии со своими должностными функциями за работой агрегатов и механизмов.
3.1.2 Организация труда
Основная профессия в котельном отделении машинист ЦТЩУ. С установкой в промкотельной системы автоматического управления, работа у машиниста ЦТЩУ несколько упростится и во многом сведется к работе с ПЭВМ.
Производственную деятельность предприятия выполняет коллектив в составе 96 человек, рабочих – 69 чел, ИТР – 27 чел.
Основной задаче промышленной котельной является производство, передача и распределение тепловой энергии по потребителям, т.е. по всему ОЭМК.
Структура промкотельной представляет собой сложную иерархию взаимодействия всех служб теплосилового цеха (ТСЦ).
Можно выделить основные службы ТСЦ:
Оперативно-диспетчерская служба.
1. задает промышленной котельной суточный диспетчерский график, следит за выполнением этого графика и поддержания требуемых параметров теплоносителя (давление, температура и т.д.), обеспечение гидравлического и температурного режима тепловых сетей.
2. Обеспечивает бесперебойное снабжение потребителей.
3. Руководит дежурным персоналом предприятия.
4. Докладывает старшему диспетчеру (гл. инженеру) о всех нарушениях.
5. Ведет оперативный журнал.
Ремонтно-строительный участок.
Организация работ по выполнению плановых заданий в установленные сроки. Контроль за проведением ремонтных работ и испытанию оборудования. Участие в расследовании причин повышенного износа, аварий оборудования, выполнение пуско-наладочных работ различных видов оборудования и сооружений.
Основные задачи службы:
1. обеспечение безаварийной работы и исправного содержания оборудования;
2. проведение планово-предупредительных и капитальных ремонтов;
3. выявление аварий и их ликвидация.
Инженер по труду и зарплате.
Подготовка исходных данных для составления проектов текущих и перспективных планов производственно-хозяйственной деятельности предприятия. Проведение экономического анализа производственно-хозяйственной деятельности предприятия, выявление резервов производства, подготовка мероприятий по их использованию, оформление нарядов на работы. Ведение учета и контроля за ходом выполнения плановых заданий по предприятию, подготовка и сдача статистической и периодической отчетности в установленные сроки и по утвержденным формам.
Инженер по технике безопасности.
Осуществление контроля за соблюдением в подразделениях предприятия действующего законодательства, инструкций, правил и норм по охране труда, технике безопасности, противопожарной защиты и охране окружающей среды.
Контроль своевременности испытаний, проверок, соблюдение графиков замеров воздушной среды, производственного шума, вибраций и т.п., выполнение предписаний органов государственного надзора за соблюдением действующих норм и стандартов техники безопасности. Проведение инструктажей работников.
Общее руководство.
Руководство всеми видами деятельности предприятия, организация работы и эффективного взаимодействия производственных единиц и других структурных подразделений предприятия. Обеспечение выполнения предприятием установленных количественных и качественных показателей, обязательств государственным бюджетом, потребителями. Организация производственно-хозяйственной деятельности предприятия. Определение технической политики, перспектив развития предприятия и путей реализации комплексных программ по всем направлениям деятельности, совершенствования, реконструкции и технического перевооружения действующего производства.
Бухгалтерия.
Организация учета финансово-хозяйственной деятельности. Принятие мер по предупреждению нарушений финансовой деятельности. Ведение плановой и учетной документации. Осуществление контроля за сохранностью собственности предприятия, правильным расходованием денежных средств и материальных ценностей.
Проведение анализа финансово-хозяйственной деятельности. Организация учета основных фондов, материалов, топлива, денежных средств и других ценностей предприятия, исполнения смет расходов, расчетов по заработной плате. Составление балансов и бухгалтерской отчетности. Организация операций по приему, выдаче и хранению денежных средств и ценных бумаг.
Отдел материально-технического снабжения.
Организация обеспечения предприятия всеми необходимыми для его производственной деятельности материальными ресурсами. Разработка проектов перспективных и годовых планов материально-технического обеспечения на основе определения потребностей подразделений предприятия в материальных ресурсах, составление материальных балансов заявок на материальные ресурсы.
Организация работы складского хозяйства, оперативного учета снабженческих операций, составление всей необходимой отчетности.
Отдел главного энергетика.
Обеспечение выполнения требований правил эксплуатации электроустановок. Организация обучения и периодическая проверка знаний у подчиненного персонала. Обеспечения наличия защитных средств и противопожарного инвентаря. Выполнение предписаний Госэнергонадзора в установленные актом сроки. Организация своевременного расследования аварий и браков в работе электрооборудования, КИПиА, средств телемеханики и связи. Содействовать внедрению новых техники, экспериментальным работам, рациональным предложениям. Соблюдение режимов экономии электроэнергии. Своевременное принятие мер по выполнению плана реализации тепловой энергии.
Инструктор отдела кадров.
Учет личного состава предприятия, его подразделений, ведение установленной документации по кадрам. Оформление приема, перевода и увольнения работников в соответствии с трудовым законодательством, положениями, инструкциями и приказами руководителя предприятия. Организация профессионального обучения рабочих и повышение квалификации руководящих работников и специалистов. Оформление необходимой документации и составление установленной отчетности о работе с кадрами.
3.2 Оценка экономической эффективности
3.2.1 Расчет себестоимости вырабатываемого тепла
Находящийся в промышленной котельной водогрейный котел типа КВГМ-100, теплопроизводительностью 100 Гкал/ч подлежит автоматизации.
Расходы на эксплуатацию котла Ск
в руб/год разделяются на постоянные Спост
, не зависящие от выработки тепла, и переменные Спер
, изменяющиеся прямо пропорционально производительности котла:
Ск
= Спост
+ Спер
; (3.1)
Спост
= З + Рк
+ Рт
+ А + Пр
; (3.2)
Спер
= Т + Э + В, (3.3)
где З – заработная плата с начислениями; Рк
– затраты на капитальный ремонт; Рт
– отчисления на текущий ремонт; А – амортизационные отчисления; Пр
– прочие расходы; Т – затраты на топливо; Э – затраты на электроэнергию; В – затраты на воду.
Произведем расчет эксплуатационных расходов до и после внедрения автоматики.
1.
Расходы на заработную плату.
Расходы на заработную плату эксплуатационного персонала определяют по штатному расписанию. До внедрения автоматики работу котла обслуживало 22 чел. Фонд заработной платы в месяц составлял 34100 руб. фонд заработной платы в год 409200 руб. отчисления от заработной платы 157542 руб/год. Итого заработная плата с начислениями составляла 566742 руб/год.
Внедрение автоматики позволит сократить 6 рабочих мест (3 оператора и 3 ремонтника).
Фонд заработной платы в год после сокращения численности персонала:
(34100 – 34100 * 6 / 22) * 12 = 297600 руб
Отчисления от заработной платы:
297600 * 38,5 % = 114576 руб
Итого заработная плата с начислениями после автоматизации: 412176 руб/год.
2.
Затраты на капитальный и текущий ремонт.
Расходы на текущий ремонт принимают в процентах от стоимости зданий, сооружений и оборудования.
Для зданий и сооружений 1- 1,5 %, для оборудования 3,5 – 5,5 %.
Расходы на капитальный ремонт принимают в размере 1,7 % балансовой стоимости оборудования [8, стр. 129].
Затраты на капитальный и текущий ремонт до внедрения автоматики составляли 30000 руб/год. После внедрения эти расходы сократятся на 20 % и составят:
30000 – 30000 * 20 % = 24000 руб/год.
3.
Амортизация.
Амортизационные отчисления на котельные агрегаты составляют 5 %.
Капитальные затраты на один котел составляет 75000 руб/год.
Амортизационные отчисления равны:
75000 * 5 % = 3750 руб/год.
4.
Прочие расходы.
Прочие расходы на обслуживание котла составляют 10651 руб/год.
Тогда Спост
до внедрения автоматики:
566742 + 30000 + 3750 + 10651 = 611143 руб/год,
после автоматизации:
412176 + 24000 + 3750 + 10651 = 450577 руб/год.
5.
Годовые расходы на топливо.
Расходы на топливо составляют 40 – 70 % общих эксплуатационных расходов и исчисляются по формуле:
.
вт
(3.4)
где Вт
– стоимость топлива в рублях за тыс. м3
газа.
Расход газа в год: 30536890 м3
.
Годовые расходы на топливо до внедрения автоматизации составляли:
30536890 * 0,301 руб/м3
= 9191604 руб/год.
После внедрения автоматизации экономия топлива составит 4 %, и годовые расходы на топливо будут равны:
(30536890 – 30536890 * 4 %) * 0,301 руб/м3
= 8823940 руб/год,
где 0,301 руб/м3
– цена одного м3
газа.
6.
Затраты на электроэнергию.
Стоимость электроэнергии принимают по действующим тарифам на электроэнергию, которые устанавливаются для каждой системы.
Э = * Вэ
(3.5)
где Вэ
– стоимость электроэнергии в руб/кВт.
ч.
Потребление электроэнергии котлом до внедрения автоматики составляло 6240331 кВт.
ч. Внедрение автоматики позволит сократить эту величину на 10 %.
Годовой расход электроэнергии до автоматизации:
6240331 кВт.
ч * 0,29 руб/кВт.
ч = 1809696 руб.
После автоматизации:
(6240331 – 6240331 * 10 %) * 0,29 = 1628726 руб.
7.
Затраты на воду.
Затраты на воду исчисляются по формуле:
В = * Ввод
(3.6)
где Ввод
– стоимость водопроводной и обработанной воды в руб/т.
Расход воды составляет 212500 м3
/год.
Себестоимость одного м3
холодной воды: 1,8 руб.
В = 212500 * 1,8 = 382500 руб/год.
Тогда Спер
до внедрения автоматики:
9191604 + 1809696 + 382500 = 11383800 руб/год
после автоматизации:
8823940 + 1628726 + 382500 = 10835166 руб/год
Таким образом общие эксплуатационные расходы до автоматизации равны:
611143 + 11383800 = 11994943 руб/год.
После автоматизации:
450577 + 10835166 = 11285743 руб/год.
8.
Себестоимость единицы вырабатываемого тепла.
Себестоимость единицы вырабатываемого тепла в руб/Гкал зависит от мощности котельной установки, числа часов использования оборудования в течении года, вида топлива, способа его сжигания и др. Теплопроизводительность котла 100Гкал/ч. Количество часов работы котла в год 5000 часов.
. (3.7)
Выработка тепла равна:
100 Гкал/ч * 5000ч = 500000 Гкал/год.
Полезный отпуск тепла потребителям составляет 89,8 %.
= 500000 * 89,8 % = 449000 Гкал/год.
Тогда себестоимость одной Гкал до внедрения автоматики:
11994943 / 449000 = 26,71 руб
после автоматизации:
11285743 / 449000 = 25,14 руб.
3.2.2 Капитальные затраты на автоматизацию
Капитальные затраты на автоматизацию складываются из стоимости основного оборудования, вспомогательных материалов, монтажа и наладки.
Капитальные затраты на автоматизацию составят:
Стоимость контроллера "Ремиконт –112" - 42666 руб
Стоимость частотного преобразователя "VEB DDU 380/390" – 84000 руб
Стоимость работ по установке и наладке оборудования (5 месяцев) – 67900 руб
Итого капитальные затраты:
42666 + 84000 + 67900 = 194566 руб.
3.2.3 Оценка эффективности внедрения автоматики
Годовой экономический эффект от внедрения автоматики исчисляется по формуле:
. (3.8)
где К – капитальные затраты на автоматизацию, Ен
– нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений = 0,15.
Общая экономия составит:
Эф
= (2671 – 2514) * 449000 – 0,15 * 194566 = 675745 руб.
3.2.4 Срок окупаемости капитальных вложений
Срок окупаемости капитальных вложений равен:
194566 / 675745 = 0,3 года или 3,6 месяца
Расчет экономического эффекта показал, что внедрение новых энергосберегающих технологий позволяет получить значительною экономию средств. Внедрение автоматики окупает себя достаточно быстро. Комплексная автоматизация позволит увеличить КПД котельной установки на несколько процентов, что практически не возможно без изменения технологического процесса.
Заключение
Дипломный проект по теме "Разработка автоматической системы управления водогрейным котлом КВГМ-100 в условиях промышленной котельной" выполнен полностью в соответствии с техническим заданием на дипломный проект.
В процессе выполнения дипломного проекта был проведен анализ принципов построения подобных систем, сравнительные характеристики технического обеспечения, выпускаемого различными мировыми производителями. В результате сравнения и исходя из требований унификации и стоимостных требований был произведен выбор технического обеспечения.
При разработке программного обеспечения для верхнего и среднего уровня автоматизации были учтены все технологические требования к подобным системам, а также требования и пожелания оперативного персонала, который будет эксплуатировать разрабатываемую систему.
После внедрения данного диплома на промышленной котельной, весь цикл производства теплофикационной воды можно будет автоматизировать. После опробованной системы производства теплофикационной воды, следующим этапом автоматизации будет котельное производства перегретого пара. Полная автоматизация технологии позволит в будущем приступить к созданию централизованной системы управления промышленной котельной, а в ближайшее время, после запуска системы – отладить её в работе, оптимизировав её функционирование.
Список использованной литературы
1. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1991-735с.
2. Контроллер регулирующий микропроцессорный Ремиконт. Техническое описание.,2Яа.399.540 ТО
3. Нестеренко А.Д., Дубровного В.А., Забокрицкого Е.И.Справочник по наладке автоматических устройств контроля и регултрования. под ред. – Киев: издательство "Наукова думка", 1976. Стр. 745 – 823.
4. Анзимиров Л.В. TRACE MODE управляет производством // Мир ПК, – 1997, ¹12, С. 38 - О.В. Юзов Экономика и организация производства в дипломном проектировании. — М.: "Металлургия", 1991.
5. Сидельский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 528 с.
6. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф. Производственные и отопительные котельные. – 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 248 с, ил.
7. Библиотека хозяйственного руководителя. Экономика предприятия: Учебник – 2-е изд. / Семенов В.Н., Баев И.А. и др. – М.: Центр экономики и маркетинга, 1998 – 312 с.
8. Правила техники безопасности при эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей /Минтопэнерго России. Госэнергонадзор. – М.: Энергоатомиздат, 1992г.
9. Охрана труда в тепловом хозяйстве промышленных предприятий: Учеб. Для техникумов /Ревякин А.И., Новиков С.Г., Павлова Г.И. и др. – М.: Энергоатомиздат, 1992 г.
10. Положение о системе управления охраной труда на Оскольском электрометаллургическом комбинате.- Ст.Оскол, 1990.
11. Безопасность труда общая инструкция для рабочих и служащих БТИ 0-01-94.- Ст. Оскол, 1994.
12. Автоматика отопительных котлов и агрегатов /И.С. Берсенев, М.А. Волков. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1979. – 376с.
13. Инструкция по охране труда для слесаря-ремонтника технологического оборудования.-1991.
14. Инструкция по охране труда для слесаря КИПиА участков технологической автоматизации внутренних энергообъектов. - ЗСК.,1991.
15. ГОСТ 12.1.046-85. Нормы освещения строительных площадок. М.: Гос. Ком. СССР по делам строительства, 1985.