Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

 
Поиск учебного материала на сайте
Поиск по названию работы
Поиск по тексту работы

Повышение оригинальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.

Результат поиска


Наименование:
курсовая работа Автоматизация котельных установок

Информация:

 Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 07.05.2012. Год: 2011. Страниц: 17. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация производства – одно из главных направлений комплексной программы научно-технического прогресса. Главная цель – обеспечить оптимальное течение технического процесса в реальных условиях при достижении заданного качества и эффективности.
Надёжность и достоверность технологического контроля и автоматического управления во многом определяются качеством наладки контрольно – измерительных приборов, средств автоматизации, систем и устройств технологической сигнализации, защиты и блокировки.
Строительные производства основаны на химико-технических процессах. Развитие строительных технологий привело к созданию аппаратов большой единичной мощности, и привело к необходимости созданию автоматизации этих производств.
Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать задачи:
    Вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов и полуфабрикатов, изменение в окружающей среде и ошибки операторов;
    Управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ и т.д.
    Автоматически управлять процессом в условиях вредных и опасных для здоровья человека.

Решение поставленной задачи возможно, если имеются следующие предпосылки:
1)наблюдаемость основных технологических параметров производственного процесса (возможность прямых или косвенных измерений всех параметров, характеризующих состояние процесса).
2)потенциальная управляемость производственного процесса (возможность компенсировать возмущение быстрее, чем успевает измениться это возмущение).
3)прогрессивность производственного процесса и используемого технологического оборудования (возможность модернизации).
4)наличие необходимой степени изученности производственного процесса как объекта управления.
5)возможность получения технико-экономическо о, социального или иного эффекта.
6)реальность практического использования потенциально достижимого эффекта.

7) наличие необходимого технического обеспечения разрабатываемого АСУТП.
8) наличие необходимых организационных предпосылок для создания АСУТП.





Внедрение систем автоматизации направлено на повышение эффективности производственных процессов. Основными источниками внедрения СА является:
1)повышение культуры производства, качества продукции и эффективности использования технологического оборудования;
2)повышение производительности труда при выполнении технологических операций, резкое сокращение ошибок и брака, стабилизация технологического процесса, сокращение числа работающих;
3)увеличение выпуска и повышение надежности продукции, оптимизация номенклатурного распределения производственной продукции;
4)сокращение потерь рабочего времени на участках и технологических линиях, увеличение оперативности управления производственным процессом со стороны персонала и увеличение качества управления.
Автоматизация производства – непрерывно развивающийся процесс, причём истинностью его развития является то, что переход к более высокой ступени не означает исчезновения характерных черт развития на лучшей ступени, так как каждая последующая ступень является продолжением и развитием низшей ступени.
Анализ структурных схем системы автоматической регулирования (САР) показывает, что основным элементом системы является объект управления, без которого, какой либо разговор о системе управления теряет всякий смысл.

Объект управления (регулирования) – это промышленная установка, в которой есть необходимость управлять технологическим процессом автоматически, следовательно, без участия человека. Очевидно, что при создании САР свойства объекта управления будет играть существенное значение при выборе элементов для реализации этой системы, а также на свойства системы в целом. При этом надо отменить, что если характеристиками элементов можно как-то варьировать, то свойства объекта управления остаются, практически неизменными. Поэтому изучение характеристик объекта управления является одной из основных задач системы автоматического управления и регулирования.
По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению(нагрузк ).Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.
Автоматизация параметров дает значительные преимущества:
    обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда,
    приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала,
    увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара,
    повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,
    увеличивает экономичность работы парогенератора.

Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.
Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.)
Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.
Теплотехнический контроль за работой парогенератора и оборудования осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в парогенераторной установке, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычисл тельной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.
Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов парогенраторной установки, а так же в случаях срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.
Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т.п.),предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.
Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов”Госгортехнадз ра, ”Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей”, ”Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей” и др.
На основе указанных материалов для каждой котельной установки должны быть составлены должностные и технологические инструкции по обслуживанию оборудования, ремонту, технике безопасности, предупреждению и ликвидации аварий и т.п. Должны быть составлены технические паспорта на оборудование, исполнительные, оперативные и технологические схемы трубопроводов различного назначения. Знание инструкций, режимных карт работы котла и указанных материалов является обязательным для персонала. Знания обслуживающего персонала должны систематически проверяться.



Эксплуатация котлов производится по производственным заданиям, составляемым по планам и графикам выработки пара, расхода топлива, расхода электроэнергии на собственные нужды, обязательно ведется оперативный журнал, в который заносятся распоряжения руководителя и записи дежурного персонала о работе оборудования, а так же ремонтную книгу, в которую записывают сведения о замеченных дефектах и мероприятиях по их устранению.
Должны вестись первичная отчетность, состоящая из суточных ведомостей по работе агрегатов и записей регистрирущих приборов и вторичная отчетность, включающая обобщенные данные по котлам за определенный период. Каждому котлу присваивается свой номер, все коммуникации окрашиваются в определенный условный цвет, установленный ГОСТом. Установка котлов в помещении должна соответствовать правилам Госгортехнадзора, требованиям техники безопасности, санитарно-технически нормам, требованиям пожарной безопасности.
В данной курсовой работе я разрабатываю САР для рекуператора, чтобы обеспечить оптимальный режим работы, в соответствии с параметрами объекта.


1.Анализ литературных источников.
Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар из воды, служит топливо.
Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке, являются:
1)процесс горения топлива,
2)процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,
3)процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.
Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя.
В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.
Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и пердачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.
Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом. проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.
Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха в м3,необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения.
Значение теплоотдачи заключается в теплопередаче тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена в котле идет через водогазонепроницаемы теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую


энергию лучеиспусканием. Таким образом в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.
Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.
Образование пара в котлоагрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при больших температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает. Процесс обратный парообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях.
Пар, образуемый в котлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится на сухой и влажный. Так как на теплоэлектростанциях требуется перегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, в данном случае ширмовой и коньюктивный, в которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар при температуре Т=540 С и давлении Р=100 атм. идет на технологические нужды.
2. Технологический раздел
2.1 Описание технологического процесса, реализуемого на конкретном виде технологического оборудования

Паровые котлы типа ДЕ паропроизводительнос ью 10 т/ч, с абсолютным давлением 1,4 МПа (14 кгс/см2) предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления и горячего водоснабжения.
Котлы двухбарабанные вертикально-водотрубн е выполнены по конструктивной схеме “Д”, характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.
Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны 1,конвективный пучок и образующие топочную камеру 2 левый топочный экран (газоплотная перегородка),правый топочный экран ,трубы экранирования фронтальной стенки топки и задний экран.

Снизу в топку подается нужный для сгорания топлива воздух посредством дутьевых вентиляторов 3.Процесс горения топлива протекает при высоких температурах, поэтому экранные трубы котла воспринимают значительное количество тепла путем излучения.
Продукты сгорания топлива, называемые иначе газами , поступают в котельные газоходы , при этом обогревается поверхность пароперегревателя 4, омывают трубы экономайзера 6, в котором происходит подогрев питательной воды до температуры, близкой к 200 С, поступающей в барабаны котла 1.Далее дымовые газы проходят в дымоход 5 и поступают в воздухоподогреватель .Из него газы через дымовую трубу выходят в атмосферу. Вода в котел подается по трубопроводу 9, газ-трубопроводу10.П р из барабана котла ,минуя пароперегреватель 4, поступает на паропровод 11.
Одним из важнейших показателей конструкции котлоагрегата является его циркуляционная способность.Равноме ная и интенсивная циркуляция воды и паровой смеси способствует смыванию со стены пузырьков пара и газа,выделяющихся из воды, а так же препятствует отложению на стенках накипи, что в свою очередь обеспечивает невысокую температуру стенок(200-400 С),ненамного превышающую температуру насыщения и еще не опасную для прочности котельной стали. Паровой котел ДЕ -10-14 Г принадлежит к котлам естественной циркуляцией.

Понятие о котельной установке

Водяной пар соответствующего давления и температуры (или горячую воду заданной температуры) получают в котельной установке, представляющей собой совокупность устройств и механизмов для сжигания топлива и получения пара. Котельная установка состоит из одного или нескольких рабочих и резервных котельных агрегатов и вспомогательного оборудования, размещаемого в пределах котельного цеха или вне его. Общее представление о рабочем процессе котельного агрегата на жидком или газообразном топливе дает схема котельного агрегата с основными и вспомогательными устройствами. Жидкое или газообразное топливо по топливопроводам котельной и котельного агрегата подается в мазутные форсунки или газовые горелки и по мере выхода из них сгорает в виде факела в топочной камере.
Стены топочной камеры покрыты трубами , называемыми топочными экранами. В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры газообразные продукты сгорания. Продукты сгорания снаружи омывают экранные трубы и излучением (радиацией) и частично конвективным путем передают теплоту воде и пароводяной смеси,

циркулирующим внутри этих труб.

Продукты сгорания, охлажденные в топке до температуры 1000-1200°С, непрерывно двигаясь по газоходам котельного агрегата, омывают вначале разреженный пучок кипятильных труб , затем трубы пароперегревателя , экономайзера и воздухоподогревателя охлаждаются до температуры 150-200°С и дымососом через дымовую трубу удаляются в атмосферу.



Движение воздуха и продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата обеспечивается тяго-дутьевой установкой (вентилятор, дымосос и дымовая труба).
Питательная вода (конденсат и добавочная предварительно подготовленная вода) после подогрева питательным насосом подается в коллектор водяного экономайзера. В экономайзере вода нагревается до температуры, близкой к температуре кипения при давлении в барабане котла, а иногда частично испаряется в экономайзерах кипящего типа и направляется в барабан котла, к которому присоединены трубы топочных экранов и фестона. Из этих труб в барабан котла поступает образовавшаяся пароводяная смесь. В барабане происходит отделение (сепарация) пара от воды. Насыщенный пар затем направляется в сборный коллектор и пароперегреватель, где он перегревается до заданной температуры. Перегретый пар из змеевиков пароперегревателя поступает в сборный коллектор. Отсюда он через главный запорный вентиль по паропроводу котельного агрегата направляется в главный паропровод котельной к потребителям. Отделившаяся от пара в барабане котла вода смешивается с питательной водой, по не обогреваемым опускным трубам подводится к коллекторам 6 экранов и из них поступает в подъемные экранные трубы и фестон, где частично испаряется образуя пароводяную смесь. Полученная пароводяная смесь снова поступает в барабан котла.
Последний элемент котельного агрегата по ходу газообразных продуктов сгорания – воздухоподогреватель Воздух в него подается дутьевым вентилятором, и после подогрева до заданной температуры по воздухопроводу направляется в топку.
Управление рабочим процессом котельных агрегатов, нормальная и бесперебойная их эксплуатация обеспечиваются необходимыми контрольно-измерител ными приборами, аппаратурой и средствами автоматики.
Необходимость в тех или иных вспомогательных устройствах и их элементах зависит от назначения котельной установки, вида топлива и способа его сжигания. Основными параметрами котлов являются: паропроизводительно ть, давление и температура питательной воды, КПД.


2.2 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 паропроизводительно ти 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.

Технологические параметры .

Таблица 1.1.

2.3 Требование к автоматизированной системе регулирования температуры перегретого пара.

Система автоматического регулирования котельных установок обеспечивает изменение производительности установки при сохранении заданных параметров (давления и температуры пара) и максимального КПД установки. Кроме того, повышает безопасность, надежность и экономичность работы котла, сокращает количество обслуживающего персонала и облегчает условия его труда.






Автоматическое регулирование котла включает регулирование подачи воды, температуры перегретого пара и процесса горения. При регулировании питания котла обеспечивается соответствие между расходами воды, подаваемой в котел, и вырабатываемого пара, что характеризуется постоянством уровня воды в барабане.
Регулирование питания котлов малой производительности обычно осуществляется одноимпульсными регуляторами, управляемыми датчиками изменения уровня воды в барабане. В котлах средней и большой паропроизводительнос и с малым водяным объемом применяются двухимпульсные регуляторы питания котла по уровню воды и расходу пара, а также трехимпульсные. Управляющие питанием котла по уровню воды, расходу пара и перепаду давлений на регулирующем клапане.
Регулирование температуры пара осуществляется регулятором, управляемым датчиками изменения температуры перегретого пара на выходе из пароперегревателя, изменения температуры пара в промежуточном коллекторе пароперегревателя и изменения температуры газов в газоходе пароперегревателя, а иногда еще датчиком изменения давления пара.
Регулирование процесса горения в топке котла (в соответствии с расходом пара) осуществляется регуляторами подачи топлива, воздуха и регулятором тяги Регуляторы подачи топлива и воздуха управляются датчиком изменения давления перегретого пара, а регулятор тяги – датчиком изменения разрежения в топке котла.

В котельных установках, работающих на пылевидном топливе, осуществляется также регулирование работы пылеприготовительной системы регулятором загрузки мельниц, обеспечивающим постоянство загрузки шаровых барабанных мельниц и регулятором температуры пылевоздушной смеси за мельницей.
Для предупреждения персонала о недопустимости отклонения важнейших параметров котельной установки от заданных служат звуковые и световые сигнализаторы предельных уровней воды в барабане, предельных температур перегретого пара и низшего давления питательной воды. Для обеспечения правильной последовательности операций при пуске и остановке механизмов применяется блокировка. Так, при аварийном отключении дымососов отключаются дутьевые вентиляторы и прекращается подача топлива в топку.


Для обеспечения положительного эффекта использования системы автоматизации, к ней предъявляют следующие требования:

- обеспечить статическую ошибку – не более 5%;
- максимальное перерегулирование ? – не более 10%;
- время регулирования tp – не более 200 с;
- время нарастания – не более 35 с;
- запас устойчивости по амплитуде – не менее 10 дБ;
- запас устойчивости по фазе – от 30 до 80 град.




3.Раздел автоматизации
3.1. Обоснование выбора новой структуры модернизируемой системы автоматизации.
Исходные данные к проекту:

1. Регулируемая величина: Температура перегретого пара
2. Объект автоматизации: Котел
3. Исходные данные для идентификации объекта автоматизации – dan(1:100)
4. Интервал измерения (время дискретизации) - Тs= 7 с.
5. Передаточные функции:
• Датчика: Кg = 0,6.
• Регулируемого органа: .
• Исполнительного механизма:
Так как данные требования предъявляемые к системе не выполняются появляется необходимость в выборе новой структуры модернизируемой системы автоматизации.
Выбираем контур регулирования производительности перегрева пара из общего процесса регулирования, (Рис.3).





На основе функциональной схемы контура регулирования САР процесса производительности перегрева пара, составим структурно-функциона ьную схему (Рис.4), для определения автоматического регулятора.











На структурно-функцион льной схеме приняты следующие обозначения:
З – Задатчик
РО – регулирующий орган
ИМ – исполнительный механизм
ТОУ – технологический объект управления
Т – датчик температуры.
В системе автоматизации процесса перегрева пара предъявляются специальные требования, которые должны обеспечить следующие положительные эффекты:
1. сокращение расхода топлива
2. увеличения производительности котлов
3. уменьшения аварийных ситуаций

Для получения таких положительных эффектов автоматическая система регулирования должна удовлетворять следующим требованиям:
• Обеспечить статическую ошибку - не более 0,05 %.
• Максимальное перерегулирование - не более 10 %.
• Время регулирования tр - не более 200 с.
• Время нарастания - не более 35 с.
• Запас устойчивости по амплитуде - не менее 10 дБ.
• Запас устойчивости по фазе - от 30 до 80 град.
Для анализа САР процесса производства добавок, составим алгоритмическую схему (Рис.5).







Из-за недостаточной изученности ТОУ, для получения его математической модели, воспользуемся статистическими данными, полученными экспериментально, т.е. проведем идентификацию объекта автоматизации.





3.2. Идентификация объекта автоматизации.
Под идентификацией динамических объектов понимают процедуру определения структуры и параметров их математических моделей, которые при одинаковом входном сигнале объекта и модели обеспечивают близость выхода модели к выходу объекта при наличие какого-то критерия качества.
В результате проведенного эксперимента был получен массив данных состоящий из 2 тысяч значений входного параметра и 2 тысяч значений выходного параметра. Интервал дискретизации равен 7 с (ts=7). Для загрузки в рабочую область MATLAB массива данных необходимо выполнить команду:

>> load datta

После выполнения команды в рабочей области появились массив входных переменных u и массив выходного параметра y, где U – температура питательной воды, , Y – температура перегретого пара на выходе, С°




Интервал дискретизации указывается дополнительно:

>> ts=7

Для объединения исходных данных в единый файл воспользуемся командой:

>> dan16 = iddata (y(901:1000), u(901:1000), ts)
Сформированный файл указывает, что он содержит результаты 100 измерений с интервалом дискретизации 7 с. Входными переменными является массив u, а выходным параметром y.
Обозначим переменные следующим образом:
>> dan16.inputn = ‘temperatura vodi’
>> dan16.outputn = ‘Temperatura para’
Чтобы определить размерность входных и выходных данных, воспользуемся командами:
>> dan16.inputuntil = ‘m^3/hour’
>> dan16.outputuntil = 'deg'
После чего, можно посмотреть полную информацию о файле:
>> get(dan16)
Результат:


ans = Domain: 'Time'
Name: []

OutputData: [100x1 double]
y: 'Same as OutputData'
OutputName: {'Temperatura para'}
OutputUnit: {'cel'}
InputData: [100x1 double]
u: 'Same as InputData'
InputName: {'temperatura vodi'}
InputUnit: {'cel'}
Period: Inf
InterSample: 'zoh'
Ts: 7
Tstart: []
SamplingInstants: [100x0 double]
TimeUnit: ''
ExperimentName: 'Exp1'
Notes: []
UserData: []
Для графического представления данных воспользуемся командой:
>> plot(dan16)




Затем при использовании исходных данных необходимо провести предварительную обработку этих данных с целью удаления тренда из набора, и если необходимо, отфильтровать данные с помощью средств имеющихся в пакете “SID”, разделив данные на две половины:

Dan16v – используется “Matlab” для построения модели объекта
Dan16e – используется для проверки адекватности полученной модели

Введем данные в “GUI” (Графический Интерфейс Пользователя)
>> ident
Произведем обработку данных, выбрав кнопку “Preprocess”
Импортируем файл данных в среду интерфейса с помощью команды data – import
Запустим режим быстрого старта, для чего в падающем меню Operations выберем Quick Start. При выборе этого режима производится:
1)удаление тренда из массива экспериментальных данных;
2)формирование усеченных массивов данных с именами dande и dandv для построения моделей.

После проведения предварительной обработки данных можно приступить к нахождению оценки модели.
В предложенном списке Estimate выбираем Parametric models, данный выбор приведет к открытию диалогового окна задания структуры модели. Получим параметрические модели из предложенного списка (ARX, ARMAX, OE, BJ, State Space), оценка производится нажатием кнопки Estimate. Существует возможность изменить параметры модели в редакторе Order Editor.
Воспользуемся значениями по умолчанию, за исключением ARX и State Space, у которых параметры выберем, нажав кнопку Order Selection.


Для анализа моделей воспользуемся средствами System Identification Toolbox: Model output, Transient resp, Frequency resp.
Для анализа модели ТОУ возьмем модель n4s3 для чего перетащим ее на иконку To Workspace, при этом модель n4s3 появится в рабочем пространстве MATLAB.
Полученные модели представлены в так называемом тета – формате и являются дискретными. Для преобразования модели из тета - формата в вид удобный для дальнейшего использования в пакете System Identification Toolbox имеются специальные функции.
Преобразуем модель тета-формата многомерного объекта в дискретную передаточную функциию:

>> [num,den]=th2tf(n4s )

num = 0 -0.0078 0.0092 0.0714

den = 1.000 -1.7315 1.0414 -0.2318
где num, den соответственно числитель и знаменатель дискретной передаточной функции.

Получим дискретную передаточную функцию:

>> zn4s3=tf(num,den,ts

Transfer function:
-0.007835 z^2 + 0.009202 z + 0.0714
------
z^3 - 1.732 z^2 + 1.041 z - 0.2318
Sampling time: 7




Преобразуем дискретную модель в непрерывную и представим ее в виде передаточной функции:

>> sn4s=d2c(zn4s3)

Transfer function:
0.009392 s^2 - 0.003676 s + 0.0004354
------
s^3 + 0.2089 s^2 + 0.01892 s + 0.0004673
т.о. передаточная функция ТОУ, имеет вид:
0.009392 s^2 - 0.003676 s + 0.0004354
------
s^3 + 0.2089 s^2 + 0.01892 s + 0.0004673
Приведенные передаточные функции являются одной и той же моделью, записанной в разных формах и форматах.
Проанализируем динамические характеристики модели. Для этого воспользуемся командой:
>> step(sn4s)

Динамические характеристики модели
В поле графика указаны основные характеристики переходящего процесса: время нарастания, время регулирования, установившееся значение выходной координаты.

Для построения импульсной характеристики модели необходимо воспользоваться командой:



>> impulse(sn4s)

Импульсная характеристика модели
Определим частотные характеристики моделей с помощью команды:
>> bode(sn4s)


Частотные характеристики
Также можно просмотреть годограф Найквиста:
>> nyquist(sn4s)






Годограф Найквиста (АФЧХ)
Годограф Найквиста АФЧХ не пересекает точку комплексной плоскости с координатами -1,j0.

3.3. Расчет по выбору параметров.

Значения запасов устойчивости можно определить также и в режиме командной строки MATLAB с помощью команды:
>> [Gm, Pm, Wcg, Wcp] =margin (sn4s)

Gm =3.0779
Pm =Inf
Wcg =0.0872
Wcp =NaN

где Gm – запас устойчивости по амплитуде в натуральных величинах на частоте Wcg, Pm – запас устойчивости по фазе на частоте Wcp.
Для определения запасов устойчивости в логарифмическом масштабе необходимо выполнить следующие операции:
>> Gmlog=20*log10(Gm)

Gmlog = 9.7650






Как видно, определение запасов устойчивости последним способом позволяет значительно точнее вычислять эти значения, чем на графиках частотных характеристик.

Анализ частотных характеристик показывает, что модели n4s3 являются устойчивыми с соответствующими запасами устойчивости по амплитуде. Запас устойчивости по фазе равен бесконечности.
Для решения задач анализа и синтеза систем управления важно знать ответ на другой не менее важный вопрос, чем полученные временные, частотные и статистические характеристики: обладает ли объект свойством управляемости в смысле возможности его перевода из заданной начальной точки (или области) в заданную конечную точку (или область)?
Решение проблемы управляемости основано на анализе уравнений переменных состояния и формулируется следующим образом: объект называется вполне управляемым, если выбором управляющего воздействия u(t) на интервале времени [t0> tk;] можно перевести его из любого начального состояния y(to) в произвольное заранее заданное конечное состояние y(tk).
Критерием управляемости линейных стационарных объектов является условие: для того чтобы объект был, вполне управляем, необходимо и достаточно, чтобы ранг матрицы управляемости равнялся размерности вектора состояний п.
В пакете Control System Toolbox имеется функция ctrb, формирующая матрицу управляемости в пространстве состояний. Для того, чтобы воспользоваться этой
функцией необходимо вычислить матрицы А, В, С, D с помощью команды:
>> [A, B, C, D] = ssdata (sn4s)
A = -0.2089 -0.1513 -0.0598
0.1250 0 0
0 0.0625 0
B = 0.25
0
0
C = 0.0376 -0.1176 0.2229
D = 0
Вычислим матрицу управляемости:
>> Mu=ctrb (A, B)
Mu =
0.2500 -0.0522 0.0062
0 0.0313 -0.0065
0 0 0.0020
Определим ранг матрицы управляемости:
>> nMu=rank(Mu)
nMu =3 ВЫВОД: объект управляем





При синтезе оптимальных систем с обратной связью сами управления получаются как функции от фазовых координат. В общем случае фазовые координаты являются абстрактными величинами и не могут быть исследованы. Поддается измерению (наблюдению) вектор у = (у1, ...,yk)T , который обычно
называют выходным вектором или выходной переменной, а его координаты - выходными величинами. Выходная переменная функционально связана с фазовыми координатами, и для реализации управления с обратной связью необходимо определить фазовые координаты по измеренным значениям выходной переменной. В связи с этим возникает проблема наблюдаемости, заключающаяся в установлении возможности состояния определения состояния объекта (фазового вектора) по измеренным значениям выходной переменной на некотором интервале.
Решение проблемы наблюдаемости основано на анализе уравнений переменных состояния и формулируется следующим образом: объект называется вполне наблюдаемым, если по реакции y(tk) на выходе объекта, на интервале времени [t0, tk] при заданном управляющем воздействии u(t) можно определить начальное состояние вектора переменных состояния x(t), являющихся фазовыми координатами объекта.
Критерием наблюдаемости линейных стационарных объектов является условие: для того, чтобы объект был вполне наблюдаемым, необходимо и достаточно, чтобы ранг матрицы наблюдаемости равнялся размерности вектора состояния п.
Определим матрицу наблюдаемости:
>> My=obsv (A, C)

My =
0.0376 -0.1176 0.2229
-0.0225 0.0082 -0.0022
0.0057 0.0033 0.0013
Определим ранг матрицы наблюдаемости:
>> nMy=rank(My)

nMy = 3 ВЫВОД: объект наблюдаем

Таким образом, для исследуемой модели объекта размерность вектора состояний, определяемая размером матриц A и C равна трем и ранг матрицы наблюдаемости MY также равен трем, что позволяет сделать вывод о том, что объект автоматизации является вполне наблюдаемым, т.е. для него всегда можно определить по, значениям выходной величины y(t) вектор переменных состояния, необходимый для синтеза системы управления.









3.4. Обоснование выбора типа регулятора.
После того как стали известны передаточные функции всех элементов системы автоматизации, соберем структурную схему автоматизации в SIMULINK:







Структурная схема системы автоматического регулирования температуры перегретого пара.
С помощью LTI построим переходную характеристику, ЛАХ и ЛФХ САР температуры перегретого пара:

Переходная характеристика САР


По виду переходной характеристики можно сказать, что имеющиеся показатели качества не удовлетворяют заданным:
    Время регулирования составляет 96,1с.
    Время нарастания – 45,6с.
    Статическая ошибка-85%

Заданные показатели качества и запасы устойчивости:
Время регулирования ?200 с

Статическая ошибка ?0,05
Перерегулирование ?10 %
Время нарастания ?35 с
Устойчивость по амплитуде ?10 дБ
Устойчивость по фазе от 30 до 80 градусов.
Для построения ЛАХ, ЛФХ и АФЧХ необходимо разомкнуть систему:



ЛАХ и ЛФХ САР



АФЧХ САР
По виду переходного процесса ясно, что для обеспечения заданных показателей качества и точности переходного процесса необходимо введение в систему линейного регулятора.
Необходимым условием надежной устойчивой работы АСР является правильный выбор типа регулятора и его настроек, гарантирующий требуемое качество регулирования.

В зависимости от свойств объектов управления, определяемых его передаточной функцией и параметрами, и предполагаемого вида переходного процесса выбирается тип и настройка линейных регуляторов.
Основные области применения линейных регуляторов определяются с учетом следующих рекомендаций:
И – регулятор со статическим ОР – при медленных изменениях возмущений и малом времени запаздывания (?/Т<0.1);
П – регулятор со статическим и астатическим ОР – при любой инерционности и времени запаздывания, определяемом соотношением ?/Т<0.1;
ПИ – регулятор – при любой инерционности и времени запаздывания ОР, определяемом соотношением ?/Т<1;
ПИД-регуляторы при условии ?/Т<1 и малой колебательности исходных процессов.



Из графика видно, что ?=18, Т0=30, т.е. ?/ Т0 <1

Исходя из выше изложенных рекомендаций и учитывая, что вид переходной характеристики напоминает апериодический процесс, видно, что в данную систему подойдет ПИД – регулятор. Определим Ki, Kp и Kd:

Получим следующего вида САР:

Схема САР для определения оптимальных параметров настройки ПИД – регулятора












Оптимизация параметров настройки ПИД – регулятора:


Для оптимизации параметров регулятора влажности воспользуемся пакетом прикладных программ для построения систем управления Nonlinear Control Design (NCD) Blockset, который реализует метод динамической оптимизации. Этот инструмент, строго говоря, представляющий собой набор блоков, разработанных для использования с Simulink, автоматически настраивает параметры моделируемых систем, основываясь на определённых пользователем ограничениях на их временные характеристики. Типовой сеанс в среде Simulink с использованием возможностей и блоков NCD Blockset состоит из ряда стадий (рис. 23).
    Начальной стадией является создание модели исследуемой системы из стандартных блоков.
    Затем вход блока NCD Outport соединяется с теми сигналами системы, на которые накладываются ограничения. Этими сигналами могут быть, например выходы системы, их среднеквадратические отклонения и т.д.
    Затем в режиме командной строки MATLAB задаются начальные значения параметров, подлежащих оптимизации.
    Двойным щелчком мыши на пиктограмме NCD Outport данный блок раскрывается.
    В меню блока NCD Outport задаётся интервал дискретизации (один или два процента от длительности процесса моделирования и указываются имена (идентификаторы) параметров системы, подлежащих оптимизации.
    Процесс оптимизации системы инициализируется нажатием кнопки Start.
Получаем:

Предлагается:





3.5. Анализ устойчивости и качества системы управления.

Где Subsystem

Получаем:

Переходная характеристика САР температуры перегретого пара
с введенным и оптимизированным ПИД – регулятором.











По виду переходной характеристики можно определить показатели качества переходного процесса:

    Время регулирования - 91,9с.
    Время нарастания –25с.
    Перерегулирование - 8,61%
    Статическая ошибка – 4%

Для получения логарифмических амплитудных и фазовых характеристик для определения запасов устойчивости и амплитуде и фазе необходимо разомкнуть систему:

и т.д.................

Смотреть работу подробнее



Скачать работу


Скачать работу с онлайн повышением оригинальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.
© 2009...2023
WEBKURSOVIK.RU – ЭФФЕКТИВНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТУ
webkursovik@yandex.ru