Разработка системы технологической защиты котельного агрегата БКЗ 160-100

     А?датпа
     ?арастырылып отырыл?ан дипломды? жобада БКЗ 160-100 ?азанды? агрегатыны? технологиялы? ?ор?аныс ж?йесі ж?зеге асырыл?ан. 
     Дипломды? жобада барабанды бу ?азанды?ыны? т?рлері, режимі мен буды шы?ару ппроцессі ?арастырыл?ан, барабанды бу ?азанды?ын технологиялы? ?ор?аныс ж?йесін автоматтандыруды? ат?арымды? сызбасы жасал?ан ж?не апатты жа?дайларды? тізімі жазыл?ан, ?азанды? барабанында?ы су де?гейін  реттеу процесіні? математикалы? моделі істеп шы?арылды, сондай-а? БКЗ 160-100 ?азанды? агрегатыны? технологиялы? ?ор?аныс ж?йесін к?збен м?лшерлеу ж?йесі жетілдірілген. 
     Дипломды? жобаны? экономикалы? б?лімінде БКЗ 160-100 ?азанды? агрегатыны? технологиялы? ?ор?аныс ж?йесін енгізуді? жалпы шы?ыны есептелген. ?мірлік іс-?рекетке ?ауіпсіздік б?лімінде желдеткіш ж?йесіні? есебі шы?арыл?ан, ж?не де АЖР операторыны? ж?мысына ?ауіпсіздік шарттары есептелді.
     
     Аннотация
     В данном дипломном проекте реализована разработка системы технологической защиты котельного агрегата БКЗ 160-100. 
     В дипломном проекте были рассмотрены виды и режимы барабанных паровых котлов, разработана функциональная схема автоматизации системы технологической защиты барабанного котла, произведено математическое моделирование процесса регулирования уровня воды в барабане котла, произведен выбор комплекса технических средств автоматики, а также разработана система визуализации системы технологической защиты котельного агрегата БКЗ 160-100. 
     В экономической части дипломной работы был произведен расчет общих затрат на внедрение системы технологической защиты котельного агрегата БКЗ 160-100. В разделе безопасности жизнедеятельности произведен расчет системы вентиляции, а также рассчитаны условия для безопасности труда операторов АСР.

     Abstract
     In this diploma project was carried out the implementation of the system of technological protection of the steam generator BKZ 160-100.
     The diploma project examined the types and modes of drum-type steam generators, studied the functional diagram of automation of the technological protection system of drum-type steam generator, made the mathematical modelling of the process of water level control in the drum of the steam generator, selected a complex of automation tools and developed a visualization system for the technological protection of the steam generator BKZ 160-100. 
     In the economic section of the diploma project has been calculated the total costs for the implementation of the technological protection system for the BKZ 160-100 steam generator. In the life safety section, the ventilation system has been calculated, and also the conditions for safety ACS operators.
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
Содержание
Введение……………………………………………………………………….
8
1 Постановка задачи………………………………………………………….
9
     2 Теоретическая часть…………………………………………………….
10
     2.1 Понятие технологической защиты в составе АСУТП………………
10
     2.2 Теоретический обзор паровых котлов……………………………….
11
     2.3 Барабанный паровой котел БКЗ 160-100 как объект управления….
15
     2.4 Перечень возможных нештатных ситуаций…………………………
17
     2.5 Функциональная схема автоматизаций технологической 
           защиты котельного агрегата………………………………………….
18
3 Выбор технических средств………………………………………………..
21
     3.1 Сравнительный анализ и выбор контроллера.....................................
21
     3.2 Датчик температуры..............................................................................
24
     3.3 Датчик уровня........................................................................................
26
     3.4 Датчик давления.....................................................................................
28
4 Математическое моделирование процесса регулирования уровня 
   воды в барабане..............................................................................................
32
    4.1 Разработка структуры математической модели…………………….
32
    4.2 Выбор закона регулирования. Расчет настроек регулятора………..
34
    4.4 Исследование устойчивости САР……………………………………
36
    4.5 Определение показателей качества переходного процесса…………
38
5 Разработка системы визуализаций технологической защиты ………….
40
    5.1 Выбор SCADA системы для реализаций системы 
           технологической защиты……………………………………………..
40
    5.2 Система визуализации технологической защиты котельного 
           агрегата в SCADA MasterScada………………………………………
41
6 Экономическая часть………………………………………………………
50
    6.1 Расчет капитальных вложений на разработку системы 
           технологической защиты котельного агрегата……………………...
50
    6.2 Расчет общих затрат на внедрение системы технологической   
           защиты котельного агрегата………….………………………………
51
    6.3 Выводы по экономической части……………………………………..
54
7 Безопасность жизнедеятельности …………………………………………
55
    7.1 Анализ условий труда …………………………………………………
55
    7.2 Расчет прочности сосудов, работающих под избыточным 
           давлением……………………………………………………………..
56
    7.3 Выводы по разделу безопасности жизнедеятельности……………...
66
Заключение……………………………………………………………………
67
Список литературы…………………………………………………………...
68




Введение
     Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами требуют большого количества разнообразных средств измерений и автоматики, обеспечивающих выработку сигналов измерительной информации в форме, удобной для дистанционной передачи, сбора, дальнейшего преобразования, обработки и передачи.
     Автоматизация котельных агрегатов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.
     Технологическая защита котельного агрегата предназначена для предотвращения поломок основного и вспомогательного оборудования при нештатных ситуациях. За счет технологической защиты котельного агрегата избегается множество опасных ситуаций как для промышленности, так и жизнедеятельности. 
     Актуальность проекта заключается в надежности, эффективности, современности и способности быстрого реагирования системы технологической защиты котельного агрегата. 
     При любой аварийной ситуации есть свои методы технологических защит в виде блокировок того или иного исполнительного механизма и в случае аварийной ситуации на контроллер подается сигнал с датчиков, после чего система дает команду блокировки данного исполнительного механизма, тем самым предотвратив аварийную ситуацию. Также данная система будет визуализирована в среде SCADA.
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

     1 Постановка задач
     
     Цель проекта: разработать систему автоматической защиты барабана парового котла БКЗ-160-100 (г. Алматы, ТЭЦ-1).
     Задачи:
     ??произвести обзор объекта управления и изучить процесс технологической защиты котельного агрегата; 
     ??формирование таблицы нештатных ситуаций, их причин и способов устранения;
     ??разработать функциональную схему автоматизации системы тепловой защиты; 
     ??произвести сравнительный анализ и выбор оборудования; 
     ??разработать алгоритм управления системы технологической защиты; 
     ??разработать систему визуализаций в SCADA системе;
     ??решить вопросы экономической части проекта;
     ??решить вопросы по безопасности жизнедеятельности.
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

 Теоретическая часть

2.1 Понятие технологической защиты в составе АСУТП
     Технологические защиты являются составной частью, подсистемой АСУ ТП, обеспечивающей безопасную работу оперативного персонала и теплоэнергетического оборудования путем экстренного автоматического перевода защищаемого оборудования в безопасное состояние в случае возникновения аварийной или предаварийной ситуации.
     Каждый теплоэнергетический объект имеет свой набор технологических защит (например, защиты котла, турбины), группа теплоэнергетических объектов, связанна общей технологией производства, имеет общие ТЗ (защиты блока, системы пылеприготовления). Набор ТЗ теплоэнергетического объекта (группы объектов) определяется из условия надежного выполнения основной цели ТЗ: обеспечения работы оборудования, безопасной для обслуживающего персонала и для самого оборудования. Направление действия защит определяется опасностью возникшей аварийной ситуации: ТЗ может отключать все оборудование или отдельный агрегат или осуществляет разгрузку оборудования на различную глубину.
     Подсистема ТЗ решает следующие задачи:
     ??выявление признака любой из предусмотренных проектом аварийных ситуаций;
     ??формирование условий срабатывания защиты при возникновении признака аварийной ситуации;
     ??выполнение программы действия каждой защиты: набора операций, выполняемых на теплоэнергетическом оборудовании при возникновении каждой из аварийных ситуаций и обеспечивающих безопасность обслуживающего персонала и оборудования.
     Для выполнения перечисленных задач каждая защита должна иметь:
     ??импульсную часть — датчик или несколько датчиков для выявления признака ситуации, в которой защита должна срабатывать;
     ??логическую часть, где обрабатываются по заданному алгоритму сигналы, сформированные в импульсной части, и формируется условие срабатывания;
     ??сигнальную часть, где формируется сигнал о срабатывании данной ТЗ;
     ??исполнительную часть, чаще всего общую для нескольких ТЗ, в которой формируется программа действия ТЗ (одной или нескольких) и сигнал о том, что выполняемся данная программа. Действие ТЗ заключается в формировании дискретных команд на изменение состояния ИУ, которыми являются запорная арматура, выключатели электродвигателей и т.д.
     Основным условием срабатывания любой защиты является появление признака аварийной ситуации: либо изменение состояния одного или нескольких механизмов ("Отключение"), либо изменение до определенного значения параметра или соотношения параметров ("Повышение", "Понижение"). Признак возникновения аварийной ситуации может быть зафиксирован одним или несколькими устройствами контроля (датчиками). Датчиком ТЗ может быть либо датчик дискретного сигнала, либо датчик аналогового сигнала в комплекте с аналого-дискретным преобразователем [1].
     
     2.2 Теоретический обзор паровых котлов
     Котельные установки могут быть либо основным элементом тепловой электрической станции, либо выполнять самостоятельные функции. Например, отопительные котельные установки служат для обеспечения отопления и горячего водоснабжения, промышленные — для технологического тепло- и паро-снабжения и т. д. В зависимости от назначения котельная установка состоит из парового или водогрейного котла и соответствующего вспомогательного оборудования, обеспечивающего его работу.
     Паровой (водогрейный) котел — это устройство, в котором для получения пара (горячей воды) требуемых параметров используют теплоту, выделяющуюся при сгорании органического топлива или отходящих газов.
     Как правило котлы, использующие теплоту отходящих от других устройств газов, называют котлами-утилизаторами.
     Для нормального функционирования котла требуется обеспечить подачу, подготовку и сжигание топлива, подачу окислителя для горения, а также удалить образующиеся продукты сгорания, золу и шлак (при сжигании твердого топлива) и др. Вспомогательное оборудование, предназначенное для этих целей, включает:
     ??дутьевые вентиляторы и дымососы — для подачи воздуха в котел и удаления из него в атмосферу продуктов сгорания;
     ??бункера, питатели сырого топлива и пыли, углеразмольные мельницы для обеспечения непрерывного транспорта и приготовления пылевидного топлива требуемого качества;
     ??золоулавливающее и золошлакоудаляющее оборудование — комплекс устройств для очистки дымовых газов от эоловых частиц с целью охраны окружающей среды от загрязнения и для организованного отвода уловленной золы и шлака;
     ??устройства для профилактической очистки наружной поверхности труб котла от загрязнений;
     ??контрольно-измерительную аппаратуру;
     ??водоподготовительные установки — комплекс устройств для обеспечения обработки исходной (природной) воды до заданного качества.
     Для удобства рассмотрения схемы котельной установки целесообразно представить ее в виде отдельных трактов соответствующего назначения: топливного, воздушного, газового, пароводяного и золошлакоудаляющего. В качестве примера на рисунке 2.1 представлена технологическая схема котельной установки барабанного котла высокого давления с естественной циркуляцией со сжиганием твердого топлива в пылевидном виде (радиацией) или конвекцией. В соответствии с этим различают поверхности нагрева:
     ??радиационные — получающие в основном теплоту от продуктов сгорания за счет их излучения;
     ??конвективные — с преимущественным получением теплоты конвекцией;
     ??радиационно-конвективные — получающие теплоту излучением и конвекцией примерно в равных количествах.
     В качестве нагревательных поверхностей нагрева применяют экономайзеры 18 — обогреваемые продуктами сгорания устройства, предназначенные для подогрева (или для подогрева и частичного парообразования) воды, поступившей в паровой котел.
     В соответствии с этим различают экономайзеры некипящего или кипящего типа. Экономайзеры располагают в зоне относительно невысоких температур в конвективной опускной шахте; они являются конвективными поверхностями нагрева.
     Испарительные поверхности преимущественно располагают в топке, где развиваются наиболее высокие температуры, или в газоходе сразу за топочной камерой. Это, как правило, радиационные или радиационно-конвективные (полурадиационные) поверхности нагрева — топочные экраны, фестоны, котельные пучки. Топочные экраны (или просто экраны) парового котла — это поверхности нагрева, состоящие из труб 12, расположенных в одной плоскости у стен топочной камеры и способствующих ограждению последних от воздействия высоких температур.
     Экраны могут устанавливать и внутри топки, подвергая двухстороннему облучению. В этом случае они называются двухсветными. В прямоточных котлах докритического давления испарительные топочные экраны располагают в нижней части топки. Поэтому их называют нижней радиационной частью (НРЧ). Фестон 15 и особенно котельные пучки применяют в котлах среднего давления относительно небольшой производительности.
     Фестон — полурадиационная поверхность нагрева, располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами заднего экрана, разведенными на значительные расстояния путем образования многорядных пучков.
     Котельный пучок — это система параллельно включенных труб конвективной парообразующей поверхности котла, соединенных общими коллекторами или барабанами. 
     Схема котельной установки с барабанным котлом естественной циркуляции на твердом топливе показана на рисунке 2.1.

1— угольный конвейер, 2— бункер сырого топлива, 3— питатель угля, 4— мельница, 5—короб первичного воздуха (иа сушку), 6—нижние коллекторы экранов, 7— обший короб горячего воздуха, 8— горелки, 9— топочная камера, 10— опускные трубы, 11 — обмуровки. 12—трубы топочных экранов, 13— верхние коллекторы топочных экранов, 14 — барабан. 15 — фестон, 16, 16а — потолочный и конвективный пароперегреватели, 17— промежуточный пароперегреватель, 18— экономайзер, 19— воздухоподогреватель, 20— дутьевой вентилятор, 21— золоуловитель (электрофильтр), 22— дымосос, 23—дымовая труба, 24—шлакоудаляющее устрой

Рисунок 2.1 – Схема котельной установки с барабанным котлом естественной циркуляции на твердом топливе
     
     Пароперегревательные поверхности нагрева (или пароперегреватели) могут быть радиационными, полурадиационными или конвективными.
     Радиационные пароперегреватели располагают на стенах топки или на ее потолке и соответственно называют настенным радиационным или потолочным пароперегревателем. В прямоточных котлах топочные экраны, расположенные в средней и верхней частях, преимущественно являются перегревательными. Их соответственно называют средней (СРЧ) или верхней радиационной частью (ВРЧ).
     Полурадиационные пароперегреватели устанавливают в выходном сечении топки. Как правило, это ширмовые пароперегреватели — поверхности нагрева, в которых соседние трубы одного ряда отстоят друг от друга на значительном расстоянии (не менее пяти диаметров трубы).
     Конвективные пароперегреватели 16а преимущественно устанавливают в переходном горизонтальном газоходе или в начале (по ходу газов) конвективной шахты.
     При повышении давления перегретого пара стали применять дополнительный (промежуточный) перегрев пара, для чего в котлах предусматриваются соответственно промежуточные пароперегреватели 17.
     Совокупность последовательно расположенных по ходу рабочего тела поверхностей нагрева, соединяющих их трубопроводов и установленных дополнительных устройств составляет пароводяной тракт парового котла. В основной пароводяной тракт рассматриваемого барабанного котла входят: экономайзер 18, отводящие трубы, барабан 14, опускные трубы 10 и нижний распределительный коллектор 6, трубы топочных экранов 12, потолочный пароперегреватель 16 и конвективный пароперегреватель 16 а. Промежуточные пароперегреватели 17 являются элементами пароводяного тракта промежуточного перегрева пара.
     Топливный тракт рассматриваемого котла представляет собой совокупность оборудования для транспорта топлива и подготовки его к сжиганию. Он включает конвейер 1, бункер 2 и питатель 3 угля, а также питатели пыли, топливные течки и пылепроводы. Бункера 2 сырого топлива — емкости, предназначенные для хранения определенного, постоянно возобновляемого запаса топлива, обеспечивающие непрерывную работу котельной установки в условиях неравномерного поступления топлива в котельную. Питатели 3 сырого топлива — устройства для дозирования и подачи топлива из бункера в мельницу 4, предназначенную для получения угольной пыли требуемого качества. В мельницу одновременно с топливом для его сушки подается по коробу 5 сушильный агент, в данном случае воздух. Готовая пылевоздушная смесь из мельниц через горелки 8 подается в топочную камеру 9.
     Для сжигания топлива в качестве окислителя используют воздух, забираемый из атмосферы дутьевым вентилятором 20. Оборудование, обеспечивающее забор воздуха, его подогрев (воздухоподогреватели 19) и подачу через элементы котла и топливного тракта (короб 5, мельница 4, пылепроводы к горелкам 8) образует воздушный тракт котла.
     Воздушный тракт (кроме заборного воздуховода) работает под избыточным давлением, развиваемым дутьевым вентилятором. Подогрев воздуха в воздухоподогревателе позволяет обеспечить сушку топлива и повысить интенсивность и экономичность горения топлива.
     Из топочной камеры продукты сгорания проходят последовательно все поверхности нагрева (15, 16, 17, 18, 19) и после очистки от золы в золоуловителях 21 выводятся через дымовую трубу 23 в атмосферу. Указанное оборудование входит в газовый тракт котла. Газовый тракт котла может находиться под давлением (дутьевого вентилятора) либо, как в рассматриваемой котельной установке, под разрежением.
     В последнем случае в газовом тракте после золоуловителей устанавливают дымососы 22.
     Шлакоудаляющие устройства 24, золоуловители 21 и каналы 26 входят в тракт золошлакоулавливания и золошлакоудаления.
     Помимо поверхностей нагрева, других элементов пароводяного тракта с установленной на нем арматурой, топочной ка-меры и газоходов непосредственными элементами парового котла считают:
     ??обмуровку 11 — систему огнеупорных и теплоизоляционных ограждений или конструкций, предназначенных для уменьшения тепловых потерь и обеспечения газовой плотности;
     ??каркас 25 — несущую металлическую конструкцию, воспринимающую нагрузку от массы котла с находящимся в нем рабочим телом (с учетом временных и особых нагрузок) и обеспечивающую требуемое взаимное расположение его элементов. На каркасе котла располагают площадки обслуживания и переходные лестницы [2].

 Барабанный паровой котел БКЗ 160-100 как объект управления
     Объектом исследования является топочная камера парогенератора типа БКЗ-160-100 Алматинской ТЭЦ-1. Котел БКЗ 160-100 однобарабанный, вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией предназначен для получения пара высокого давления при сжигании угля, мазута и газа.
     Котел предназначен для работы со следующими номинальными параметрами: 
     ??производительность пара - 160 т/ч; 
     ??давление пара в барабане – 112 бар;
     ??давление перегретого пара – 100 бар;
     ??температура перегретого пара – 540 °C;
     ??температура питательной воды – 215 °C.
     Допускается кратковременная работа котла с температурой питательной воды 155 °С без увеличения тепловой производительности. Диапазон регулирования температуры перегретого пара на выходе из котла +5 °С… -10 °С от номинального значения. Минимально-допустимая нагрузка для котла БКЗ-160-100 – 80 т/ч. Регулировочный диапазон нагрузок при работе котла при «холодной» температуре питательной воды 155 °С – от 80 до 146 т/ч. Регулировочный диапазон нагрузок при работе котла при «горячей» температуре питательной воды 215 °С – от 80 до 160 т/ч. 
     Компоновка котла выполнена по П-образной схеме. Топка представляет собой первый (восходящий) газоход. В верхнем (поворотном) газоходе расположен горизонтальный ширмовый пароперегреватель. Во втором (опускном) газоходе расположены конвективный пароперегреватель и экономайзер.
     Схема конструктивного выполнения котельного агрегата БКЗ 160-100 показана на рисунке 2.2.

1 – топливный бункер (бункер сырого топлива); 2 – скребковый питатель мельницы; 3 –углеразмольная мельница с сепарационной шахтой; 4 – горелка; 5 – топочная камера; 6 – холодная воронка для удаления шлака; 7 – шлакоприемная ванна; 8 – настенные трубные экраны; 9 – многорядный пучок труб (фестон); 10, 11 – вторая и первая ступени конвективного пароперегревателя; 12, 14 – то же конвективного экономайзера; 13, 15 – то же воздухоподогревателя; 16 – барабан; 17 – регулятор перегрева пара; 18 – выходная камера пароперегревателя; 19 – нижний коллектор топочного экрана; 20 – каркас котла; 21 – короб подвода горячего воздуха; 22 – обмуровка котла; 23 – горизонтальный под топки; 24 – опускные трубы; 25 – выносной циклон-сепаратор

Рисунок 2.2 – Конструктивное выполнение котельного агрегата БКЗ 160-100
     
     Диаметр ротора РВП – 5400 мм. 
     Водяной объем котла – 48,7 м3. 
     Паровой объем котла – 28,2 м3. 
     Топочная камера имеет объем 790 м3 с размерами в плане 6565x7168 м2. По боковым сторонам топочной камеры расположены четыре блока прямоточных щелевых горелок (по две горелки в блоке), направленных по касательной к окружности диаметром один метр. 
     По боковым сторонам топочной камеры расположены четыре блока прямоточных щелевых горелок (по две горелки в блоке), направленных по касательной к окружности диаметром один метр [3].
     Каждая горелка имеет один канал аэросмеси и два канала вторичного воздуха, они расположены сверху и снизу канала аэросмеси и разделены футерованными простенками. Верхняя и нижняя горелки также разделены простенком, в центре которого смонтирована мазутная форсунка для растопки и подсветки факела. Производительность каждой из восьми пылеугольных горелок по топливу составляет 4 т/ч. Расход вторичного воздуха через горелку составляет V2 = 22000 нм3/ч при коэффициенте избытка воздуха ?2 = 0,38. Температура подогрева вторичного воздуха составляет t2 = 360 ?С. Площадь поперечного сечения каналов вторичного воздуха на выходе из горелки составляет F2 = 0,2 м2, что обеспечивает уровень скоростей вторичного воздуха на выходе из горелки w2 = 40 м/с.

     2.4 Перечень возможных нештатных ситуаций
     В таблице 2.1 были приведены основные нештатные ситуаций, которые могут возникнуть в котельных агрегатах. А также приведены причины возникновения данных нештатных ситуаций и способы их ликвидаций.
     
Таблица 2.1 - Перечень возможных нештатных ситуаций
     №
Наименование технологического оборудования (узла)
Перечень возможных нештатных ситуаций
Причины возникновения нештатной ситуации
Наименование прибора измерения
Способ ликвидаций нештатной ситуации 
     11
Барабан котла
Уменьшение уровня воды
Из-за уменьшения объема обратной подачи
Датчик уровня
- Клапан подачи воды открывается
     




- Клапан сброса воды закрывается
     




-Предохранитель-ный клапан открывается
     22
Барабан котла
Увеличение уровня воды
Чрезмерная обратная подача воды или уменьшение давления в барабане
Датчик уровня
- Клапан подачи воды закрывается
     




- Клапан сброса воды открывается
     




-Предохранитель-ный клапан открывается
     33
Горелки
Увеличение температуры
Чрезмерная подача воздуха и угольной пыли
Датчик температуры
- Насос подачи угля отключается
     




- Дутьевой вентилятор отключается
     74
Топка
Уменьшение давления
Недостаточная подача воздуха
Манометр
- Насос у дымохода отключается

Окончание таблицы 2.1
     №
Наименование технологического оборудования (узла)
Перечень возможных нештатных ситуаций
Причины возникновения нештатной ситуации
Наименование прибора измерения
Способ ликвидаций нештатной ситуации 
     45
Горелки
Уменьшение температуры
Избыточная подача воздуха и недостаточная подача угольной пыли
Датчик температуры
- Насос подачи угля включается
     




- Дутьевой вентилятор отключается
     56
Экономайзер
Уменьшение давления
Малая подача питательной воды, либо избыточная подача воды в барабан
Манометр
- Подача питательной воды в экономайзер включается
     




- Подача питательной воды с экономайзера в барабан отключается
     67
Экономайзер
Увеличение давления
Избыточная подача питательной воды, либо недостаток подачи воды в барабан
Манометр
- Подача питательной воды в экономайзер отключается
     




- Подача питательной воды с экономайзера в барабан включается

     2.5 Функциональная схема автоматизаций технологической защиты котельного агрегата
     Функциональные схемы автоматизации являются основным проектным документом, определяющим структуру и уровень автоматизации технологического процесса проектируемого объекта и оснащение его приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами вычислительной техники). Функциональные схемы представляют собой чертежи, на которых при помощи условных изображений показывают технологическое оборудование, коммуникации, органы управления, приборы и средства автоматизации, средства вычислительной техники и другие агрегатные комплексы с указанием связей между приборами и средствами автоматизации, таблицы условных обозначений и пояснения к схеме. Схемы являются основанием для выполнения остальных чертежей проекта, а также для составления заявочных ведомостей в заказных спецификациях приборов и средств автоматизации.
     Функциональная схема автоматизаций технологической защиты котельного агрегата показана на рисунке 2.3.
     

Рисунок 2.3 – Функциональная схема автоматизаций системы технологической защиты котельного агрегата

     Спецификация функциональной схемы автоматизаций котельного агрегата приведена в таблице 2.2.
     
Таблица 2.2 - Спецификация функциональной схемы автоматизаций котельного агрегата
№
Наименование оборудования
1
Термометр 1
2
Датчик давления 1
3
Датчик давления 2
4
Уровнемер 1
5
Горелка
6
Топочная камера
7
Дымосос
8
Насос подачи воды
9
Дутьевой вентилятор
Окончание таблицы 2.2
№
Наименование оборудования
10
Насос подачи угля
11
Регулятор положения 1
12
Регулятор положения 2
13
Регулятор положения 3
14
Регулятор давления 1
15
Регулятор давления 2
16
Регулятор уровня 1
17
Регулятор положения 4
18
Терморегулятор
GJ
Автоматическая задвижка
GE
Датчик положения
M
Электродвигатель
NS
Пускорегулирующая аппаратура управления
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     


 Выбор технических средств технологической защиты

     3.1 Сравнительный анализ и выбор контроллера
     Программируемый логический контроллер (ПЛК) – электронный компонент, применяемый в современных системах автоматизации. ПЛК представляют собой устройства, осуществляющие преобразование, обработку, хранение информации и выработку команд управления или управляющих регулирующих воздействий, реализованные на базе микропроцессорной техники и являющиеся, по сути, специализированными управляющими вычислительными комплексами для работы в локальных и распределенных системах управления в реальном масштабе времени.
     При выборе программируемого логического контроллера необходимо учитывать следующие факторы:
     – характер применения;
     – функциональное назначение;
     – количество входов и выходов (цифровых и аналоговых);
     – требуемая скорость передачи данных;
     – наличие автономного счетчика времени;
     – условия регистрации и хранения данных;
     – возможность самодиагностики;
     – требования к панели оператора;
     – язык программирования;
     – интерфейс;
     – каналы связи (проводной, беспроводной);
     – режим и условия эксплуатации.
     Ниже приведены контроллеры нескольких компаний, существующих на рынке Казахстана [5]:
     1) контроллеры Advantech.
     Тайваньская компания Advantech предлагает производит широкую линейку контроллеров и модулей ввода-вывода. Многофункциональные PC-совместимые устройства этой компании имеют широкие возможности и могут быть использованы как для простых задач автоматизации, так и для высокоответственных приложений с высоким быстродействием (рисунок 3.1).
     

Рисунок 3.1 – Внешний вид контроллеров Advantech APAX-5000
     Существуют две основные серии контроллеров Advantech – это APAX-5000 и ADAM-5000. APAX-5000 с открытой архитектурой, позволяющей использовать различные приложения и имеет высокоскоростной вычислительный процессор (APAX5570XPE/5571XPE), обеспечивая при этом гибкие функции ввода-вывода, повышающие масштабируемость системы. ADAM-5000 оснащены широким набором интерфейсов для связи, обеспечивающих гибкость коммуникационных соединений;
     2) контроллеры ICPDAS.
     Компания ICP DAS выпускает ПЛК и модули ввода-вывода широко известных в СНГ серий I-7000, I-8000, uPAC, WinCon, WinPAC, XPAC, iPAC и т. д.
     Возможность применения более дешевых, отработанных и быстро развивающихся открытых архитектур на базе РС-совместимой платформы позволяет широко использовать изделия компании ICP DAS для задач, где раньше применялись только обычные ПЛК.
     Серия контроллеров WinCon-8000 (рисунок 3.2) является дальнейшим развитием серии I-8000. Теперь это даже не контроллер, а полноценный компьютер. Он разработан на базе процессора Intel Strong ARM 206МГц, имеет встроенный видеоконтроллер с портом VGA, разъемы USB, PS/2 для манипулятора и клавиатуры, а также возможность подключения накопителей стандарта Compact Flash. Все это дает возможность использовать этот контроллер как полноценный промышленный компьютер. В то же время, WinCon сохраняет аппаратную преемственность и полностью совместим со всеми модулями ввода-вывода серии I-8000. И наконец, операционная система реального времени Windows CE.NET позволяет программировать WinCon, используя Visual Basic.NET, Visual C#, Embedded Visual C++, а также современные SCADA-системы;
     
     
     Рисунок 3.2 – Внешний вид контролеров ICP DAS WinCon-8000
     
     3) контроллеры компании ABB серии AC 800M.
     Контроллер ABB AC 800M представляет собой модульный контроллер с богатым набором функций связи, а также полной резервируемостью и поддержкой большого количества систем ввода-вывода (рисунок 3.3). При использовании с программой Compact Control Builder AC 800M может применяться в любом решении управления. Повторное использование кодов и библиотек готовых к применению функций также обеспечивает эффективность конфигурации и установки.
     Масштабируемость – основное свойство контроллера AC 800M. Модульная конструкция делает его одинаково эффективным для небольших и крупных интегрированных автоматизированных систем. Серия AC 800M упрощает соответствие конфигурации контроллера требованиям управления.
     

Рисунок 3.3– Контроллер ABB серии АС 800М

     Пять модулей ЦП контроллера различаются по мощности, объему памяти и поддержке резервирования, начиная с экономичных средней мощности до высокомощных с полным резервированием. Каждый из них оснащен встроенными Ethernet-портами для связи с другими контроллерами и взаимодействия с операторами, инженерами, менеджерами и высокоуровневыми приложениями. Если эксплуатационная готовность имеет чрезвычайное значение, эти порты можно настроить для резервирования.
     Достоинства и недостатки сравниваемых контроллеров приведены в таблице 3.1.
     
Таблица 3.1 - Достоинства и недостатки контроллеров
Тип контроллера
Достоинства
Недостатки
Advantech APAX-5000
1) Многофункциональность
Использование не самой новой на данный момент операционной системы

2) Открытая архитектура, позволяющая использовать различные приложения


3) Высокоскоростной вычислительный процессор

ABB AC 800M
1) Богатый набор функций связи, полная резервируемость и поддержка большого количества систем ввода-вывода
Некоторые трудности с монтажем системы

2) Масштабируемость, определяющая его высокопроизводительность


Окончание таблицы 3.1
Тип контроллера
Достоинства
Недостатки

3) Модульная конструкция, позволяющая контроллеру быть одинаково эффективным для небольших и крупных интегрированных автоматизированных систем

ICPDAS WinCon-800
1) Сравнительно невысокая цена
Ограниченная масштабируемость

2) Использование открытых протоколов, позволяющее интегрировать в одну систему устройства широкого спектра производителей


3) Простота интеграции с системами управления более высокого уровня, позволяющая упростить доступ к данным технологических процессов со стороны систем управления предприятием


     В большей мере требованиям системы удовлетворяет решение компании ABB. На базе контроллеров ABB создаются гибкие, легко наращиваемые структуры систем любой сложности. Для решения задач такого типа необходимо иметь соответствующие программные пакеты для разработки встроенного программного обеспечения контроллеров. В данной работе для разработки автоматизированной системы будет использован контроллер ABB AC 800M. Выбор данного контроллера обоснован тем, что плавное регулирование температуры выполняется с помощью частотного преобразователя, которое реализуется через программное обеспечение Compact Control Builder. С учетом всех досто.......................