Главная Информация Автоматизация парового котла

Автоматизация парового котла

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОТЕЛЬНОЙ [1]

Котельная Теплогорского литейно-механического завода предназначена для выработки пара отпускаемого для приготовления горячей воды и отопления цехов. Система теплоснабжения закрытая. Топливом для котельной служит газ теплотой сгорания Qн = 8485 ккал/м3.

Котельная оборудована двумя котлами ДКВР - 20/13 без пароперегревателей. Производительность котла в соответствии с расчетными данными 28 т/час. Давление пара 13 кгс/см2. Максимальное количество тепла, выдаваемого котельной в виде горячей воды составляет 100% . Возврат конденсата 10% . Исходная вода для питания котлов - речная осветленная или артезианская. Котельный агрегат ДКВР - 20/13 рис.3 комплектуется одноходовым чугунным экономайзером системы ВТН с трубами длиной 3м. Регулятор питания установлен до ВЭК, неотключаемый как по газу, так и по воде.

Рис.1. Котел марки ДКВР
1- экранные трубы; 2- верхний барабан; 3- манометр; 4- предохранительные клапаны; 5- трубы питательной воды; 6- сепаратор пара; 7- предохранительная пробка; 8- камера догорания; 9- перегородки; 10- конвективные трубки;
11- обдувочное устройство; 12- нижний барабан;
13- продувочный трубопровод.

Предусмотрена сгонная линия с автоматическим устройством для ограничения повышения температуры воды после ВЭК выше 174°С. Движение газов в экономайзере сверху вниз. Газы из экономайзера направляются к дымососу, установленному в стенах котельной. Дутьевой вентилятор монтируется под котлом. Забор воздуха вентилятором осуществляется по металлическому воздуховоду. Нагнетательный воздух к горелочному устройствам проходит в фундаменте котла. Котел оборудован тремя газомазутными горелками ГМГП рис.2.

Рис. 1. Горелка газомазутная ГМГП-120
1-газовая часть; 2-фланец; 3-воздушная часть; 4-газовое сопло; 5-ствол; 6-диффузор; 7-лепесток; 8-жидкостная форсунка; 9-регулировочный винт; 10-корпус

Номинальная тепловая мощность горелки ГМГП-120 - 1,75 МВт. Она пред-назначена для совместного сжигания газа и мазута. Распыл мазута обеспечи-вается водяным паром. Горелка снабжена диффузором (6), задающим угол раскрытия факела, и имеет раздельные газовые (4) и мазутные (5) сопла. Воздух подается в межсопловое пространство. Благодаря утопленному положению сопел на выходе горелки создается эжекционный эффект. Конструкция горелки обеспечивает легкий розжиг печи при пуске установки (подача только газа), хорошее смешение распыленного жидкого топлива с воздухом, подсос дымовых газов в корень факела (эжекционный эффект). Подача воздуха в межсопловое пространство (между потоков газа и жидкого топлива) создает условия двухстадийного сжигания топлива.

Рис.2. Профиль пламени горелки ГМГП-120

На рис.2 показан профиль пламени форсунки ГМГП-120 с двухфронтальным сгоранием топлива. Первичный воздух подается в межсопловое пространство с коэффициентом избытка воздуха ~1,0 и смешивается с жидким топливом. Испарившееся горючее и кислород воздуха поступают во внутренний фронт горения, где происходит неполное сгорание. Продукты химического недожога практически полностью сгорают во внешнем фронте пламени. Кислород во внешний фронт последнего поступает диффузией из воздуха, подсасываемого через амбразуру форсунки в топочное пространство. Суммарный коэффициент избытка воздуха а составляет 1,10–1,15. Кроме этого, за счет эжекционного эффекта в корень факела подсасываются дымовые газы, понижая содержание кислорода в подаваемом в межсопловое пространство воздухе, что приводит к понижению температуры горения на 50–70°С.

Понижение температуры горения замедляет скорость химических реакций и приводит к заметному удлинению факела пламени. Учитывая, что в технологической печи около 80% тепла передается радиацией, то радиационный тепловой поток остается практически неизменным и сохраняется тепловой баланс печи.

Котлы ДКВР состоят из следующих основных частей: двух барабанов (верхний и нижний); экранных труб; экранных коллекторов ( камер ).

Барабаны котлов на давление 13 кгс/см2 имеют одинаковый внутренний диаметр (1000 мм) при толщине стенок 13 мм.

Для осмотра барабанов и расположенных в них устройств, а также для очистки труб шарошками на задних днищах имеются лазы; у котла ДКВР-20 с длинным барабаном имеется еще лаз на переднем днище верхнего барабана.

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане установлены два водоуказательных стекла и сигнализатор уровня. У котлов с длинным барабаном водоуказательные стекла присоединены к цилиндрической части барабана, а у котлов с коротким барабаном к переднему днищу. Из переднего днища верхнего барабана отведены импульсные трубки к регулятору питания. В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба, у котлов ДКВР 20-13 с длинным барабаном - труба для непрерывной продувки; в паровом объеме - сепарационные устройства. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.

Боковые экранные коллекторы расположены под выступающей частью верхнего барабана, возле боковых стен обмуровки. Для создания циркуляционного контура в экранах передний конец каждого экранного коллектора соединен опускной необогреваемой трубой с верхним барабаном, а задний конец - перепускной трубой с нижним барабаном.

Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по передним опускным трубам, а из нижнего барабана по перепускным. Такая схема питания боковых экранов повышает надежность работы при пониженном уровне воды в верхнем барабане, увеличивает кратность циркуляции.

Экранные трубы паровых котлов ДКВР изготовляют из стали 51×2.5 мм.

В котлах с длинным верхним барабаном экранные трубы приварены к экранным коллекторам, а в верхний барабан ввальцованы.

Шаг боковых экранов у всех котлов ДКВР 80 мм, шаг задних и фронтовых экранов - 80–130 мм.

Пучки кипятильных труб выполнены из стальных бесшовных гнутых труб диаметром 51×2.5 мм.

Концы кипятильных труб паровых котлов типа ДКВР прикреплены к нижнему и верхнему барабану с помощью вальцовки.

Циркуляция в кипятильных трубах происходит за счет бурного испарения воды в передних рядах труб, т.к. они расположены ближе к топке и омываются более горячими газами, чем задние, вследствие чего в задних трубах, расположенных на выходе газов из котла вода идет не вверх, а вниз.

Топочная камера в целях предупреждения затягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потери с уносом ( Q4 - от механической неполноты сгорания топлива), разделена перегородкой на две части: топку и камеру сгорания. Перегородки котла выполнены таким образом, что дымовые газы омывают трубы поперечным током, что способствует теплоотдаче в конвективном пучке.

Технологические параметры

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПАРОВОГО КОТЛА [1]

Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров.

Регулирование питания котельных агрегатов и регулирование давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подачей воды . Параметром характеризующим баланс , является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести л нарушению циркуляции в экранных трубах, в результате чего произойдет повышение температуры стенок обогреваемых труб и их пережег.

Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Качество регулирования питания также определяется равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.

Барабанам котла с естественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются .изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности при изменении при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.

Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чисто физически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов, происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторона горения топлива представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством дутьевого вентилятора. Соотношение газ-воздух примерно составляет 1.10. При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Не сгоревший газ будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и экологически не допустимо. При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, но в этом случае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологически недопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.

Система автоматического регулирования разряжения в топке котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения(примерно 4мм.вод.ст.). При отсутствии разряжения пламя факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелок и нижней части топки. Дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что делает невозможным работу обслуживающего персонала.

В питательной воде растворены соли, допустимое количество которых определяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются в котловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам – твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шлама скапливается в нижних частях барабана и коллекторов.

Повышение концентрации солей в котловой воде выше допустимых величин может привести к уносу их в пароперегреватель. Поэтому соли, скопившиеся в котловой воде, удаляются непрерывной продувкой, которая в данном случае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувки парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.

Сигнализация параметров и защиты, действующие на останов котла , физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например, при упуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван, пережег труб донных экранов.

Сработавшая без промедления защита, предотвратит выход из строя парогенератора. При уменьшении нагрузки парогенератора, интенсивность горения в топке снижается. Горение становится неустойчивым и может прекратиться. В связи с этим предусматривается защита по погашению факела.

Надежность защиты в значительной мере определяется количеством, схемой включения и надежностью используемых в ней приборов. По своему действию защиты подразделяются на действующие, на останов парогенератора; снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.

Согласно вышеперечисленного автоматизация работы парового котла должна осуществляться по следующим параметрам: по поддержанию постоянного давления пара;
по поддержанию постоянного уровня воды в котле;
по поддержанию соотношения “газ - воздух”;
по поддержанию разрежения в топочной камере.

3. ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

3.1. Для автоматизации работы котла выбираем
программируемый контроллер семейства МИКРОКОНТ-Р3 [2]

Программируемые контроллеры МИКРОКОНТ-Р3 имеют модульную конструкцию, что позволяет произвольно наращивать число входов-выходов в каждой точке управления и сбора информации. Высокая вычислительная мощность процессора и развитые сетевые средства позволяют создавать иерархические АСУ ТП любой сложности.

3.2. Конструктивное исполнение микроконтроллера МИКРОКОНТ

Данный микроконтроллер имеет модульную конструкцию (рис. 4) Все элементы (модули) семейства выполнены в закрытых корпусах единого исполнения и ориентированы на установку в шкафах. Присоединение модулей ввода/вывода (EXP) к модулю вычислителя (СРU) выполняется с помощью гибкой шины расширения (плоский кабель) без использования шасси ограничивающего возможности расширения и снижающего гибкость при компоновке.

Рис.4

В состав данного микроконтроллера входят следующие модули:

Модуль процессора

МП-320-центральный процессор DS80C320, RAM-96 K, EPROM-32 K, FLASH-128 K.

Модули ввода-вывода

Bi/o16 DC24 дискретный ввод/вывод,16/16 =24 В,Iвх=10 мА,Iвых=0,2 А;
Bi 32 DC24 дискретный ввод, 32 сигнала =24 В, 10 мA;
Bi16 AC220 дискретный ввод, 16 сигналов ~220 В, 10 мА;
Bo32 DC24 дискретный вывод, 32 сигналов =24 В, 0,2 А;
Bo16 ADC дискретный вывод, 16 сигналов ~220 В, 2,5 А;
MPX64 коммутатор дискретных входов, 64 входа, =24 В, 10 мА;
Ai-TC 16 аналоговых входов от термопар;
Ai-NOR/RTD-1 20 аналоговых входов i или U;
Ai-NOR/RTD-2 16 входов i или U, 2 термопреобразователей сопротивления;
Ai-NOR/RTD-3 12 входов i или U, 4 термопреобразователей сопротивления;
Ai-NOR/RTD-4 8 входов i или U, 6 термопреобразователей сопротивления;
Ai-NOR/RTD-5 4 входа i или U, 8 термопреобразователей сопротивления;
Ai-NOR/RTD-6 10 термопреобразователей сопротивления; PO-16 пульт (дисплей - 16 букв, 24 клавиши).

Модули ввода - вывода имеют разъемы ввода-вывода с зажимами под винт, совмещающие функции разъемов и клеммных соединений, которые упрощают объем оборудования в шкафу и обеспечивают быстрое подключение/ отключение внешних цепей.

Пульт оператора

РО-04 - пульт для установки на щит. ЖКИ - индикатор (2 строки по 20 знаков), встроенная клавиатура (18 клавиш), возможность подключения 6-ти внешних клавиш, интерфейс RS232/485, питание = нестабилизированное 8–15 В;

РО-01 - портативный пульт. ЖКИ - индикатор (2 строки по 16 знаков), клавиатура, интерфейс RS232/485, питание: а) = 8–15 В; б) батарея.

Для подготовки и отладки прикладных программ автоматизации технологического оборудования предусматривается применение персонального компьютера (типа IBM PC), подключаемого к каналу информационной сети через адаптер AD232/485.

Подготовка прикладных программ осуществляется на одном из двух языков:

* РКС (язык технологического программирования, оперирующий типовыми элементами релейно-контактной логики и автоуправления;

* АССЕМБЛЕР.

Допускается компоновка программы из модулей, написанных на любом из указанных языков. При отладке прикладных программ модуля сохраняется штатный режим работы прикладных программ остальных модулей и обмена по каналу локальной сети.

3.3. Назначение и технические характеристики основных модулей микроконтроллера

Модуль процессора МП-320

Модуль предназначен для организации интеллектуальных систем управления и выполняет функции центрального процессора программируемого контроллера.

Управление объектами осуществляется через модули ввода/вывода, подключаемые к модулю МП посредством шины расширения. Связь с верхним уровнем и с другими контроллерами осуществляется через последовательные порты (до 4-х) RS485 или RS232.

Модуль МП-320 может быть подключен к двум локальным сетям BITNET (ведомый-ведущий; моноканал; витая пара; RS485; 255 абонентов) и выполнять функции как ведущего, так и ведомого в обеих сетях.

Модуль МП-320 может выполнять функции активного ретранслятора между двумя сегментами локальной сети (до 32х абонентов в каждом сегменте).

Модуль МП-320 включает в себя источник питания использующийся как для питания внутренних элементов так и для питания модулей ввода/вывода (до 10-и модулей ввода/вывода).

Основные технические характеристики
Подключение модулей ввода/вывода (EXP)

Подключение модулей ввода/вывода к модулю МП-320 выполняется с помощью гибкой шины расширения (плоский кабель, 34 жилы).

Модули ввода/вывода могут располагаться как слева, так и справа от процессора.

Максимальная длина кабеля шины расширения - 2500 мм.

Максимальное количество подключаемых модулей ввода/вывода - 16. При подключении к шине более 10 модулей ввода/вывода рекомендуется располагать их поровну с разных сторон от CPU

Модуль ввода аналогового сигнала [1,8]

Модуль аналогового ввода Ai-NOR/RTD предназначен для автоматического сканирования и преобразования сигналов от датчиков с нормированным токовым выходом, и от термопреобразователей сопротивления в цифровые данные с последующей записью их в двухпортовую память, доступную для модуля CPU по шине расширения.

Полное обозначение модуля аналогового ввода Ai-NOR/RTD-XXX-X:
первые две буквы обозначают тип модуля: Ai - аналоговый ввод. Следующие буквы - тип входного сигнала: NOR - нормированный аналоговый сигнал, RTD - термопреобразователь сопротивления).

Следующие три цифры определяют:
первая цифра - число и соотношение аналоговых входов. Предусмотрено шесть вариантов соотношения нормированных входов и входов от термопреобразователей сопротивления.

Ai-NOR/RTD-1X0 -20 нормированных входов, RDT входов – нет;
Ai-NOR/RTD-2XX - 16 нормированных входов, 2 входа RTD;
Ai-NOR/RTD-3XX - 12 нормированных входов, 4 входа RTD;
Ai-NOR/RTD-4XX - 8 нормированных входов, 6 входов RTD;Ai-NOR/RTD-5XX - 4 нормированных входа, 8 входов RTD;
Ai-NOR/RTD-60X - отсутствуют нормированные входы, 10 входов RTD.


вторая цифра — диапазон нормированного токового или потенциаль-ного входного сигнала. Предусмотрено семь вариантов нормированных сигналов.
Ai-NOR/RTD-X1X -диапазон входного сигнала -10 В10 В;
Ai-NOR/RTD-X2X -диапазон входного сигнала 0 В10 В;
Ai-NOR/RTD-X3X -диапазон входного сигнала -1 В1 В;
Ai-NOR/RTD-X4X -диапазон входного сигнала -100 мB—100 мВ;
Ai-NOR/RTD-X5X -диапазон входного сигнала 0—5 мA;
Ai-NOR/RTD-X6X -диапазон входного сигнала 0—20 мA;
Ai-NOR/RTD-X7X -диапазон входного сигнала 4—20 мA.


третья цифра — тип термопреобразователя сопротивления. Предусмотрено подключение пяти типов термопреобразователей сопротивления.
Ai-NOR/RTD-XX1 - термопреобразователь сопротивления - медный типа ТСМ-50М, значение W100=1,428;
Ai-NOR/RTD-XX2 - термопреобразователь сопротивления - медный типа ТСМ-100М, значение W100=1,428;
Ai-NOR/RTD-XX3 - термопреобразователь сопротивления - платиновый типа ТСП-46П, значение W100=1,391;
Ai-NOR/RTD-XX4 - термопреобразователь сопротивления - платиновый типа ТСП-50П, значение W100=1,391;
Ai-NOR/RTD-XX5 - термопреобразователь сопротивления - платиновый типа ТСП-100П, значение W100=1,391.

Диапазон температур и электрических сопротивлений термо-преобразователей приведены в табл.2.

Замыкающая шифр буква - тип клеммного соединения (подключение кабеля): R — подключение справа, L — подключение слева, F — подключение с фронта.

Таблица 2

Подключение к модулю CPU [1]

Подключение к модулю CPU выполняется при помощи гибкой шины расширения.

Максимальная длина шины расширения зависит от типа применяемого модуля CPU и указывается в его техническом описании. Распределение сигналов шины распределения по контактам и их назначение приведено в техническом описании на модуль CPU. Максимальное количество модулей аналогового ввода, подключаемых к одному CPU, определяется их потреблением от источника питания, встроенного в CPU, но не должно превышать 8.

Для адресации аналогового модуля в адресном пространстве модуля CPU, на задней панели аналогового модуля имеется переключатель адреса. На каждом аналоговом модуле, подключенном к шине расширения модуля CPU, должен быть установлен индивидуальный адрес переключателем. Разрешенная область установки адресов от 0 до 7 (по положению переключателя).

Описание работы модуля

Модуль ввода аналоговых сигналов Ai-NOR/RTD производит преобразование нормированных токовых сигналов и сигналов термосопротивлений в цифровые данные.

Преобразование входных аналоговых сигналов производится путем автоматического последовательного сканирования (подключения) входных цепей к входу общего нормирующего усилителя. Усиленный нормирующим усилителем входной сигнал (0–10)В подается на высокостабильный преобразователь “аналог – частота”, время преобразования которого составляет 20 мс или 40 мс и устанавливается программно.

Преобразователь “аналог – частота” линейно преобразует входное напряжение (0–10)В в частоту (0–250) кГц. Выработанное преобразователем количество импульсов за установленное время записывается в счетчик импульсов, входящий в состав однокристальной ЭВМ аналогового модуля. Таким образом, зафиксированное в счетчике цифровое значение является необработанным цифровым значением аналогового входного сигнала.

Однокристальная ЭВМ модуля производит обработку полученных цифровых значений:
– линеаризацию,
– компенсацию температурного дрейфа,
– смещения (если необходимо),
– проверку аналоговых датчиков на обрыв.

Необходимые данные для реализации вышеперечисленных функций хранятся в электрически перезаписываемом ПЗУ модуля.

Обрабатываемые цифровые значения аналоговых сигналов помещаются в двухпортовую память, доступную для модуля CPU по шине расширения.

Обмен по шине расширения с модулем CPU обеспечивается через двухпортовые ОЗУ по принципу “команда – ответ”. Модуль CPU записывает в двухпортовое ОЗУ аналогового модуля код команды передачи аналоговых данных и номер канала аналогового ввода. Однокристальная ЭВМ аналогового модуля считывает из двухпортового ОЗУ полученную команду, и, при условии полной обработки запрошенного сигнала, помещает в двухпортовое ОЗУ код ответа. При получении кода ответа модуль CPU переписывает обработанное цифровое значение запрошенного аналогового канала в свой буфер и переходит к запросу и вводу следующего канала.

После ввода последнего аналогового канала модуль CPU запрашивает “статусный” регистр аналогового модуля, в котором отображаются состояния внутренних устройств модуля, а также исправность аналоговых датчиков, и только после этого переходит ко вводу первого аналогового канала. “Статусный” регистр сохраняется в памяти модуля CPU. Кроме того, в памяти CPU хранится содержимое EEPROM аналогового модуля, которое переписывается однократно, при включении питания, а также регистр “управления”, включающий ввод аналоговых данных. Все данные, относящиеся к аналоговому модулю доступны для считывания программным обеспечением верхнего уровня, например, программой “Справочник”.

Модуль дискретного ввода – вывода [1,8]

Модуль дискретного ввода/вывода предназначен для преобразования дискретных входных сигналов постоянного тока от внешних устройств в цифровые данные. Передачу их по шине расширения в процессорный модуль (CPU), а также для преобразования цифровых данных, поступающих от процессорного модуля, в бинарные сигналы, их усиления и вывод на выходные разъемы для управления подключенным к ним устройствам.

Все входы и выходы гальванически развязаны с внешними устройствами.

Основные технические характеристики

Число входов - 16 Число выходов - 16
Тип гальванической развязки:
- по входам - групповая; один общий провод на каждые четыре входа
- и выходам - один общий провод на каждые восемь входов
Параметры входов:
питание входных цепей - внешний источник (24–36)В,
- уровень логической единицы - >15В
- уровень логического нуля - <9В
Параметры выходов:
- номинальный входной ток - 10 мА
- питание выходных цепей - внешний источник (5–40)В
- максимальный выходной ток - 0,2A
Напряжение питания модуля - +5В
Ток потребления - 150 мA
Наработка на отказ - 100 000 час.
Рабочий диапазон температуры - от -30°С до +60°С
Относительная влажность окружающего воздуха - не более 95% при 35°С
Степень защиты от воздействия окружающей среды - IP-44

Пульт оператора [1,8]

Пульт оператора ОР-04 (далее пульт) предназначен для реализации человеко-машинного интерфейса (MMI) в системах контроля и управления, выполненных на базе контроллеров МИКРОКОНТ-Р2 или иных, имеющих свободно программируемый интерфейс RS232 или RS485.

Технические характеристики

Интерфейс связи - RS232 или RS485;
Скорость связи - программируемая из ряда: 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 28800,57600;
Число строк ЖК индикатора - 2;
Число знаков в строке - 20;
Высота знака в строке - 9,66 мм;
Цифровая клавиатура - 18 клавиш;
Степень защиты - IP56;
Напряжение питания - +10–30 В (нестабилиз.); или 5 В (стабилиз.);
Потребляемая мощность - не более 2,0 Вт;
Наработка на отказ - 100 000 час;
Температура окружающей cреды - от -10° до +60°С;
Средний срок службы - 10 лет;

Пульт состоит из:

 ЦПУ фирмы ATMEL.

 ОЗУ объемом 32 кБайт.

 микросхемы интерфейса типа ADM241 (DD2) или ADM485 для согласования уровня ТТЛ процессора с интерфейсом RS232 или RS485 соответственно.

 источника питания на базе микросхемы LT1173-5.

 регистра с SPI интерфейсом для сканирования клавиатуры и управления LCD. ЦПУ управляет обменом с внешними устройствами, сканирует клавиатуру и выводит информацию на жидкокристаллический дисплей. Жидкокристаллический дисплей имеет две строки по 20 символов. Подключаемая клавиатура имеет 24 клавиши: 6 скан-линий * 4 линии данных. При нажатии на любую клавишу формируется прерывание INT0 на ЦПУ. ОР – 04 позволяет управлять LCD на базе контроллера HD44780 фирмы HITACHI. В ОР-04 использован 4-х битный интерфейс связи с LCD модулем. ОР-04 сопрягается с внешним устройством посредством RS232 или RS485 интерфейса. В первом случае устанавливается микросхема (ADM241), во втором – (ADM485).

В соответствие с технологией работы парового котла и техническими данными системы автоматизации Микроконт–Р3 принимаем к установке следующие модули:

модуль процессора МП-320;
модуль дискретного ввода/вывода - Bi/o16 DC24;
модуль дискретного вывода Bo32DC24;
модуль аналогового ввода - Ai-NOR/RTD 254;

Для обеспечения контроля за работой котловых агрегатов контроллеры соединяем в локальную сеть по протоколу RS-485 на верхнем уровне которого находится IBM совместимый компьютер, с установленной Windows и программой СТАЛКЕР предназначенной для сбора данных, контроля и управления системой автоматизации.

Системой сталкер обеспечивается: [1]

Контроль несанкционированного доступа к управлению и информации станции;
Управление вводом/выводом данных полевого уровня, поступающих из локальной сети;
Работа системы контроля и управления в реальном времени;
Преобразование сигналов полевого уровня в события точек контроля системы;
Динамическая интеграция новых устройств во время эксплуатации системы;
Сигнализация неисправности локальной сети или устройств сбора данных и фиксация недостоверности данных;
Возможность резервирования каналов связи и защиты от сбоев;
Возможность резервирования компьютеров;
Возможность подключения клиентов к рабочей станции посредством сети EtherNet;
Обработка данных полевого уровня;
Динамическое управление (включение/выключение) обработкой данных;
Трансляция аппаратных значений полевого уровня, поступающих из локальной сети, в физические значения точек контроля;
Контроль достоверности значений точек контроля;
Анализ уровня тревоги точек контроля;
Вычисления и анализ значений точек контроля по заданным алгоритмам управления, обеспечивающим выполнение математических, логических, специальных функций;
Регистрация;
Динамическое управление (включение/выключение) регистрацией; Непрерывная регистрация последовательности событий всех точек контроля;
Непрерывная регистрация тенденций изменения средних значений аналоговых данных в широких временных диапазонах;
Регистрация непредвиденных или планируемых ситуаций для последующего анализа с использованием неравномерной шкалы времени;
Регистрация истории течения технологического процесса и долговременное сохранение ее в архиве.

Графический интерфейс с пользователем [1]

Оперативное представление процесса на детализированных рисунках, позволяющих наблюдать и вмешиваться в протекающие процессы в реальном времени. Рисунки размещаются на пультах и панелях, представляемых в виде стандартных окон Windows. Управление окнами пультов и панелей (открытие, закрытие, работа с меню, ввод текстов, перемещение и т.д.) осуществляется с использованием стандартного интерфейса Windows Пульт – графическая оконная форма, включаемая функциональной клавишей с алфавитно-цифровой клавиатуры или графической клавишей с другого пульта или панели.

Панель — графическая оконная форма, принадлежащая по технологическому или какому-либо другому признаку пульту и включаемая только графической клавишей с пульта или другой панели (рис.8)

Рис.8 Мнемоническая схема работы парового котла

Представление тенденций изменения средних значений аналоговых данных на панелях в виде гистограмм и графиков.

Представление на панелях списков событий и текущих состояний точек контроля.

Сигнализация об отклонениях от нормального течения процесса.

Печать данных системы и графических форм, отображаемых на пультах и панелях.

Поддержка существующих и проектирование новых графических панелей во время эксплуатации системы.

4. ДАТЧИКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАРОВОГО КОТЛА

Для измерения уровня воды в верхнем барабане используем уровнемеры радиоволновые взрывозащищенного исполнения УР 203Ех предназначенные для бесконтактного непрерывного измерения уровня жидких, сыпучих и кусковых продуктов, в технологических резервуарах, танках, силосах, бункерах и т.п.стационарных объектах, а также для обмена информацией с другими техническими средствами автоматизированных систем управления (АСУ). [5] Принцип действия уровнемера основан на измерении времени распространения, излученного прибором радиосигнала до поверхности контролируемой среды и обратно. В результате обработки сигнала формируются цифровой (кодовый) и токовый выходные сигналы, пропорциональные текущему значению измеряемого уровня.

•Возможность демонтажа измерительной части прибора без разгерметизации емкости.

•Отсутствует необходимость перепроверки показаний при регламентных работах за счет привязки частоты излучения к частоте эталонного генератора.

•Настройка и калибровка осуществляется дистанционно через интерфейс цифровой коммуникации.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Диапазон измерения:
-УР 203Ех-30 0,5 —30 м
Параметры контролируемой среды:
-давление до 1,6 МПа
-температура от -40 до +150 °С
Напряжение питания постоянного или переменного тока 24 ± 2,4 В
Потребляемая мощность, В•А, не более 5
Выходные сигналы
-цифровой по стандарту RS 485(протокол Modbus)
-токовый 4 —20 мА
-сопротивление нагрузки, не более 0,5 кОм
Длина кабельной линии связи для передачи выходных сигналов до 1000 м
Пределы допускаемой основной погрешности ±1 см
Степень защиты от пыли и воды, обеспечиваемая оболочкой IP65
Взрывозащита:
-вид взрывонепроницаемая оболочка
-маркировка 1ЕхdIIВT3
Показатели надежности:
наработка на отказ, не менее 105 ч
средний срок службы 14 лет

Для измерения давления применим приборы серии Сапфир-22, в которых для преобразования силового воздействия давления в электрический сигнал используется сапфировая мембрана с напыленными кремниевыми резисторами. [4]

Основным достоинством преобразователей “Сапфир-22″ является использование небольших деформаций чувствительных элементов, что повышает их надежность и стабильность характеристик, а также обеспечивает виброустойчивость преобразователей. При осуществлении тщательной температурной компенсации предельная погрешность приборов может быть снижена до 0,1 %.

Для измерения давления топлива перед горелкой принимаем Сапфир-22МП-Вн-2050-09 с характеристиками:
• максимальный показатель абсолютного давления - 0.25МПа
• безопасность - взрывонепроницаемая оболочка
• материалы - Титан ВТ-1-0
• предел допускаемой основной погрешности - 0.1
• масса - 2.5кг
• схема включения - 2-х проводная
• выходной сигнал - (4-20)мА

Для измерения давления в газопроводе в режиме проверки герметичности клапанов принимаем Сапфир-22МП-Вн-2050-09 с характеристиками:
• максимальный показатель абсолютного давления - 0.25МПа
• безопасность - взрывонепроницаемая оболочка
• материалы - Титан ВТ-1-0
• предел допускаемой основной погрешности - 0.1
• масса - 2.5кг
• схема включения - 2-х проводная
• выходной сигнал - (4-20)мА

Для измерения разряжения принимаем Сапфир-22МП-Вн-2350-09 с характеристиками:
• максимальный показатель абсолютного давления - 40кПа
• безопасность - взрывонепроницаемая оболочка
• материалы - Титан ВТ-1-0
• предел допускаемой основной погрешности - 0.1
• масса - 2.5кг
• схема включения - 2-х проводная • выходной сигнал - (4-20)мА

Для измерения температуры мазута и отходящих газов берем термопреобразователи из числа предлагаемых в комплекте с модулем ввода аналоговых сигналов (таб.2).

Для розжига и контроля наличия пламени в топке котла применяем устройство контроля пламени Факел-3М-01 ЗЗУ. [3]

Это устройство предназначено для контроля наличия факела в топке котла и для дистанционного розжига горелок с помощью запального устройства имеющего ионизационный датчик собственного пламени.

Факел-3М-01 состоит из сигнализатора, фотодатчика, запального устройства с ионизационным датчиком и блока искрового розжига. Блок искрового розжига на выходе дает импульсное напряжение до 25кВ, достаточное для поджога газа подаваемое в запальное устройство.

Для обеспечения безопасности при возможном появлении природного или угарного газа примем к установке систему автоматического контроля загазованности САКЗ – DN40. [8]

Данная модульная система автоматического контроля загазованности САКЗ-М предназначена для непрерывного автоматического контроля содержания топливного углеводородного (CnHm; далее - природного) и угарного (моноксида углерода CO) газов в воздухе помещений c выдачей световой и звуковой сигнализации и перекрытием подачи газа в предаварийных ситуациях. Область применения: обеспечение безопасной эксплуатации газовых котлов, газонагревательных приборов и другой газоиспользующей аппаратуры в котельных, газоперекачивающих станциях, производственных и бытовых помещениях.

Применение системы значительно повышает безопасность эксплуатации газового оборудования и является необходимым в соответствии с предписывающими документами Госгортехнадзора.

5. СТОИМОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ

Выполнять монтаж оборудования будет бригада из 4 человек с окладом 15000 руб./мес. и сроками в 2 недели (коэф. для монтажа 5.71=4(человека)*0.5(2-недели или пол месяца)/0.35(фонд оплаты труда)). Следовательно, сумма монтажа оборудования составит 85714 руб. Настройка и пуско-наладка должны быть произведены в течение 1 месяца в составе 2-х человек с окладом 35000руб (коэф для пуско-наладки (здесь оплата труда повременная за месяц) 5.71=2(человека)*1 (4-недели или 1 месяц)/0.35(фонд оплаты труда)). И в итоге составит 200000 руб. Данную систему сможет обслуживать 1 оператор с заработной платой 30000 руб. Сдача объекта Госгортехнадзору 85714 руб (коэф для согласования в Госгортехнадзоре (здесь оплата труда сдельная за результат) 2.86=1/0.35(фонд оплаты труда)).

6. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОТЫ ПАРОВОГО КОТЛА. [1]

Автоматизация работы парового котла ведется по четырем параметрам: поддержание давления пара на заданном уроне, поддержание соотношения газ-воздух, поддержание разряжения в топке котла и уровня воды в барабане.

Регулирование давления происходит за счет изменения подачи топлива в горелку. Технически это выполняется изменением положения заслонки снабженной электроприводом. В следствии этого происходит изменение давления топлива, которое регистрируется манометром, силовое воздействие которого преобразуется в электрический сигнал и поступает на вход модуля ввода аналоговых сигналов. Там этот сигнал подвергается оцифровке и в виде кодовой комбинации поступает в модуль центрального процессора и обрабатывается по заранее запрограммированному алгоритму. А так как мы имеем требование поддержания соотношения газ-воздух в пределах 1,1 то подается сигнал на на блок дискретного ввода-вывода на изменение положения шибера воздуходувки, пока не будет достигнуто заданное соотношение.

Данное соотношение давления газа и воздуха подбирается опытным путем во время пусконаладочных работ.

Разряжение в топке котла отслеживается самостоятельно и поддерживается на уровне 5мм.рт. столба.

Также поддерживается уровень воды в барабане путем открытия или закрытия клапана подпиточной воды.

Розжиг котла происходит в следующем порядке:

- сперва проветривается топка котла при включенном дымососе и воздуходувке, чтобы не произошло взрыва газовоздушной смеси;

- потом при закрытых клапане безопасности и клапане-отсекателе проводится контроль отсутствия давления газа (датчик давления разомкнут) в течение 5 мин;

- открывается клапан-отсекатель на время 2с;

- при закрытых клапане-безопасности и клапане-отсекателе проводится контроль наличия давления газа (датчик давления замкнут) в течение 5 мин;

- открывается клапан безопасности на 5с;

- проводится контроль отсутствия давления газа (датчик давления разомкнут);

- после проверки герметичности газопровода подается сигнал на открытие клапана запальной горелки и подаются импульсы на катушку зажигания. При розжиге факела запальной горелки подается устойчивый сигнал с электрода контроля пламени запальника, вследствие чего открывается клапан основной горелки и котел выводится в рабочий режим. Также данная система автоматизации обеспечивает прекращение подачи топлива при следующих аварийных режимах при упуске воды; при остановке дымососа; при остановке воздуходувки; при снижении давления в топливопроводе; при взрыве газа в топке котла; при срабатывании датчика загазованности; при резком повышении давления пара.

7. СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКОВ И АВТОМАТИЗАЦИИ

 

8. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. http://www.referat.ru/pub/item/21163 (Сопов С. «Автоматизация парового котла ДКВР 20 – 13 2005» г., Пермь, Пермский государственный технический университет, кафедра электрификации и автоматизации)

2. http://www.syst.ru/mkr2/charact.htm#ppkp (Описание контроллера Микроконт-Р3)

3. http://www.ump.mv.ru/f-3m.htm (Описание устройства контроля наличия факела в топке котла «Факел-3М»)

4. http://www.manometr.com/ (Описание датчиков Сапфир-МП)

5. http://www.energiatlt.ru/ener_2.htm (Описание уровнемера радиоволнового УР 203Ех)

6.http://eurogaz.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=9&Itemid=36 ( Прайс системы контроля загазованности)

7. http://home.overta.ru/users/cit/SAKZ/SAKZ.html (Описание системы контроля загазованности)

8. http://www.syst.ru/mkr2/in_out.htm#ainor-rtd (Описание модулей Bo32DC24, Ai-NOR/RTD, 254 Bi/o16 DC24)

9. http://www.electronshik.ru/card/35940 (Описание преобразователя интерфейсов RS485/RS232)

Луканцов Д.С.

Наверх