Автоматизация паровых котлов серии Е-1-0,9Г на базе контроллера "Альфа-2"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Типы котлов

2. Описание котлоагрегата Е-1-0,9Г

3. Датчики и оборудования, использованные в системе автоматизации парового котла

4. Краткое описание работы системы автоматизации парового котла

4.1 Описание работы системы

4.2 Описание алгоритма работы системы

5. Выбор и описание используемого контроллера

5.1 Характерные особенности системы серии «Альфа-2»

5.2 Имеющиеся модели «Альфа-контроллеров»

5.3 Конфигурация системы

5.4 Технические характеристики контроллера AL2-20MR-D

6. Описание программы

Заключение

Литература

Введение

В настоящее время развитие научно - технического прогресса позволяет людям чувствовать себя более комфортно. Особое внимание уделяется сельскому хозяйству. Научно-технический прогресс в сельском хозяйстве связан с комплексной механизацией технологических процессов и широким применением средств автоматизации. Современные научно технические преобразования в технологии сельскохозяйственного производства приводят к тому, что информационных данных даже квалифицированным специалистам недостаточно для того, чтобы эффективно управлять сложными технологическими процессами на животноводческих комплексах, птицефабриках, тепличных комбинатах. Для выполнения поставленных перед сельским хозяйством задач по повышению эффективности производства необходимо широкое внедрение современных приборов и средств автоматизации, создание эффективных систем управления технологическими процессами. Новые возможности для высокоэффективной автоматизации технологических процессов сельскохозяйственного производства открывает применение микропроцессорных средств автоматизации в системах управления. Создаются предпосылки для применения в сельскохозяйственном производстве в больших масштабах высокопроизводительных энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Внедрение и эксплуатация современной техники автоматизации, повышение эффективности ее использования возможно лишь с участием высококвалифицированного персонала, владеющего технической базой автоматизации, основами разработки и проектирования автоматических и автоматизированных систем управления технологическими процессами в различных отраслях сельскохозяйственного производства.

Данный курсовой проект ставит задачу автоматизирования паровых котлов серии Е-1-0,9Г на базе контроллера «Альфа-2». Применение контроллера «Альфа-2» позволит сэкономить значительную часть средств, расходуемых на топливо и обслуживание данного котла. Так же, это позволит исключить человеческое вмешательство в данном процессе.

1. Типы котлов

Котельные агрегаты для производства пара или горячей воды различаются многообразием конструктивных форм, принципов действия, используемых видов топлива и, как следствие, имеют разную производительность. В зависимости от назначения котельные агрегаты (котлы) подразделяют на отопительные, отопительно-производственные, производственные и энергетические.

Отопительные водогрейные котлы устанавливают в отопительных котельных, они вырабатывают горячую воду с температурой 90 ...200єС, которая используется для обеспечения тепловой энергией систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Промышленные котельные агрегаты, устанавливаемые в производственных и отопительно-производственных котельных (соответственно это производственные и отопительно-производственные котлы), вырабатывают насыщенный или перегретый пар с температурой до 450°С и давлением до 4 МПа, который используется в технологических процессах разных отраслей промышленности, а также для обеспечения тепловой энергией систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Энергетические котлы имеют большую мощность (до 1 000 МВт) их устанавливают на электростанциях, где вырабатывают перегретый пар с температурой до 575°С и давлением до 25 МПа, используемый для производства электрической и тепловой энергии.

Работа паровых котлов характеризуется номинальной паро-производительностью и параметрами вырабатываемого пара (давление и температура перегрева). Номинальная паропроизводителъностъ - наибольшая производительность, которую котел должен обеспечивать в условиях длительной эксплуатации при номинальных значениях параметров пара и питательной воды. По паропроизводительности различают промышленные паровые котлы малой (до 25 т/ч), средней (35... 75 т/ч) и большой (более 100 т/ч) мощности.

Работа водогрейных котлов характеризуется номинальной тепло производительностью, давлением и температурой входящей и выходящей из него воды. Номинальная теплопроизводительность - наибольшая теплопроизводительность водогрейного котла, которую он обеспечивает в условиях длительной эксплуатации при номинальных значениях параметров входящей и выходящей из него воды. По производимой тепловой энергии различают водогрейные котлы малой (до 10 Гкал/ч), средней (20...30 Гкал/ч) и большой (50 Гкал/ч и более) теплопроизводителъности.

По способу организации движения теплоносителя - воды, пароводяной смеси и пара -- различают две группы котельных агрегатов: с естественной (рис. 1.1, а) и принудительной (рис. 1.1, б, в) циркуляцией теплоносителя. По конструкции последние, в свою очередь, разделяются на котлы с многократной принудительной циркуляцией (см. рис. 1.1, б) и прямоточные (см. рис. 1.1, в).

В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном паровые котлы с естественной циркуляцией теплоносителя, а для производства горячей воды водогрейные котлы с принудительным движением теплоносителя (воды), работающие по прямоточному принципу.

Паровые котлы с естественной циркуляцией теплоносителя выполняются из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (барабанами). Одна часть труб, называемых подъемными, обогревается факелом и продуктами горения (ПГ) топлива (q - падающий тепловой поток), другая часть труб, называемых опускными, обычно не обогревается и находится вне котельного агрегата. В обогреваемых трубах вода нагревается до температуры кипения, частично испаряется, и образующаяся пароводяная смесь поступает в барабан котла для разделения на пар и воду. Далее вода по опускным не обогреваемым трубам из верхнего барабана поступает в нижние коллекторы (в некоторых котлах в нижний барабан).

В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры.

Рис. 1.1 Схемы движения воды, пароводяной смеси и пара в котлах с циркуляцией теплоносителя:

а - естественной; 6 - принудительной многократной; в - принудительной пря-моточной; 1 - барабан; 2 - пароперегреватель; 3 - водяной экономайзер; 4 -питательный насос; 5 - обогреваемые (подъемные) трубы; 6 - опускные трубы; 7 - циркуляционный насос; 8 - испарительная поверхность нагрева; 9 - тепловой поток, действующий в направлении, показанном стрелкой

Движение теплоносителя в паровых котлах с естественной циркуляцией осуществляется за счет напора, создаваемого разностью весов столбов воды в опускных и пароводяной смеси в подъемных трубах. Кратность циркуляции (отношение расхода котловой воды, проходящей через циркуляционный контур, к расходу производимого в нем пара) в паровых котлах с естественной циркуляцией воды может быть в пределах 10... 100.

Движение воды и пароводяной смеси в таких контурах осуществляется с помощью циркуляционного насоса. Кратность циркуляции в паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией воды может изменяться в пределах 5... 10.

В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода по мере нагревания последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар. В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один заход от начальной до конечной температуры.

В соответствии с ГОСТ 3619-82 паровые котлы разделяются на котлы низкого (0,88; 1,36; 2,36 МПа), среднего (3,9 МПа), высокого (9,8 и 13,6 МПа) и сверхкритического (25 МПа) давления.

По компоновке котельные агрегаты разделяются на П-, Т- образные, башенные, горизонтальные.

По уровню давления (разрежения) ПГ в газовом тракте различают котельные агрегаты с естественной тягой, с уравновешенной тягой, с наддувом и высоконапорные.

В котлах с естественной тягой во всем дымовом тракте имеет место разрежение, и движение ПГ осуществляется под действием напора, создаваемого за счет разности плотностей атмосферного воздуха и ПГ в дымовой трубе.

В котлах с наддувом в топке поддерживается давление 0,5... 1 кПа (50... 100 мм вод. ст.) и сопротивление дымового тракта преодолевается с помощью дутьевых вентиляторов. В высоконапорных котлах избыточное давление в газовом тракте превышает 0,1 МПа (1 атм).

По конструкции котельные агрегаты разделяются на секционные, жаротрубные, жарогазотрубные, водотрубные, горизонтально-водотрубные, вертикально-водотрубные; по виду материалов поверхностей нагрева -- на чугунные и стальные.

По транспортабельности различают стационарные котлы, устанавливаемые на неподвижном фундаменте, и передвижные (транспортабельные).

Для маркировки паровых котлов используют следующие их стандартные обозначения: Е - котлы с естественной циркуляцией; П - прямоточные котлы; Пр - котлы паровые стационарные с принудительной циркуляцией без перегрева пара. При описании типоразмеров паровых котлов указывается следующее: первое число - паропроизводительности котла, т/ч; второе число - давление пара, МПа (или кгс/см²); последующие буквенные символы -обозначение используемого топлива.

Например, котел Е-2,5-13ГМ - это паровой газомазутный котел с естественной циркуляцией паропроизводительностью 2,5 т/ч и давлением пара 1,3 МПа (13 кгс/см²).

Заводы-производители часто используют свои системы маркировки. Например, котел ДКВР-10-13 - двухбарабанный, водотрубный паровой котел, реконструированный с паропроизводительностью 10 т/ч и давлением пара 1,3 МПа (13 кгс/см²).

В маркировке водогрейных котлов используются их основные характеристики: вид топлива, теплопроизводительность¹, Гкал/ч; температура воды, °С, на входе и выходе из котла.

Например, в маркировке водогрейного котла КВ-ГМ-30-150 указано, что это котел водогрейный, газомазутный с теплопроизводительностью 30 Гкал/ч (т.е. 35 МВт) и температурой воды на выходе из котла 150 °С.

Паровые котлы можно так же разделить по видам потребляемого ими топлива, различаются: паровые котлы на твердом топливе, на газе, жидком топливе и электроэнергии. Обычно паровые котлы, которые применяются для создания насыщенного пара, работают на твердом топливе, например угле. Паровые котлы в промышленности обычно используют жидкое топливо, например дизельное или мазут. Паровые котлы работающие на электроэнергии, используются редко, так как у них более низкий КПД по сравнению с другими видами топлива и высокая стоимость электроэнергии.

Паровые котлы, работающие на разном топливе, имеют как преимущества, так и недостатки - это необходимо брать в расчет при проектировании котельных. Очень важно выяснить какое топливо наиболее доступно в том регионе, где планируется возводить котельную. Особенно справедливо это для паровых котлов, использующих в своей работе твердое и жидкое топливо. Соответственно если в регионе есть угольная промышленность, то твердотопливные паровые котлы тут подходят как некуда лучше, даже если они менее экономичны, чем паровые котлы на жидком топливе.

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 водогазонепроницаемые 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[1].

2. Описание котлоагрегата Е-1-0,9Г

Паровые водотрубные котлы серии Е предназначены для выработки насыщеного пара рабочим давлением 0,8 МПа (8 кгс/см²) и температурой 175С, используемого для технологических и отопительных нужд[1].

Котел типа Е-1-0,9Г (рис 2.1) рассчитан для работы на природном газе. Принадлежит к типу вертикально-водотрубных, двухбарабанных, котлов с естественной циркуляцией. Котел изготавливается газо-плотным, с облегченной теплоизоляцией, снаружи покрытой декоративной обшивкой из тонколистовой стали. Схема котла приведена на рисунке 2.2.

Котел предназначен для выработки насыщенного пара давленем 0,8 МПа, с температурой насыщенного пара 174,5 0С, применяется предприятиями легкой, пищевой промышленности, сельского хозяйства, и других отраслях народного хозяйства для технологических и отопительных нужд. Поставляется в собранном виде, со смонтированным вспомогательным оборудованием, системой автоматического управления, приборами контроля и запорной арматурой.



Рис 2.1 Схема парового котла Е-1-0,9Г: 1-верхний барабан; 2-нижний барабан; 3-опорная рама; 4-верхний коллектор; 5-продувные патрубки

Технические характеристики парового котла Е-1-0,9Г представлены в таблице 2.11.

Таблица 2.11 Технические характеристики

Номинальная производительность, т/ч	1,0
Рабочее давление пара, МПа	0,8
Влажность насыщенного пара	3
Расчетная температура насыщенного пара, С	174,5
Расчетное топливо и его теплота сгорания, МДж/кг(ккал/кг)	природный газ 35,59 (8500)
Расход топлива: газ,нм3/ч	86/82
Объем топочного пространства, М3	2,2
Диаметр труб, мм	51 х 3
Коэффициент полезного действия, %, не менее	90,0
Установленная электрическая мощность, КВт	6,0
Температура,0С питательной воды уходящих газов	50 250
Масса котла (тонн)	4,5
Габариты, мм, не более Длина Ширина Высота	4200 2350 2600
Поверхность нагрева, м3	30,6
Водяной объем котла, м3	1,1
Масса, т: обмуровочных материалов котлоагрегата (общая)	1,20 4,2

Для котлоагрегата работающем на природном газе система управления автоматики предусматривает:

1). Автоматический пуск котлоагрегата.

2). Поддержание в заданных пределах давления пара, уровня воды в котле.

3). Защиту котла при повышении давления пара выше допустимого, опуске воды ниже аварийного уровня, прекращении подачи воздуха и тяги, погасании пламени горелки, коротком замыкании или перегрузке электродвигателей;

5). Регулирование подачи воздуха и тяги в соответствии с подачей топлива.

6). Защиту по понижению разряжения в топке, и погасанию факела.

Для выполнения данного технологического процесса мы используем данные средства автоматики:

1) Датчик давления газа

2) Фотодатчик

3) Датчик разряжения в топке

4) Датчик давления воздуха

5) Датчик давления пара (на выходе тех. процесса)

6) Датчик уровня воды



Рис. 2.2 Схема котла типа Е-1-0,9Г

3. Датчики и оборудования, использованные в системе автоматизации парового котла

Сигнализатор уровня ЭРСУ-К2 - регулятор-сигнализатор уровня.

Регулятор-сигнализатор уровня ЭРСУ-К2 предназначен для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня воды в паровых котлах, а также для контроля других жидких сред, соответствующих техническим характеристикам прибора.

Нормальная работа регулятора гарантируется при температуре воздуха от минус 10 до +45°С и относительной влажности до 98% при 35°С и без конденсации влаги.

Технические характеристики сигнализатора уровня ЭРСУ-К2:

Число сигнализирующих положений уровня - 4 (нижний, верхний, средний, аварийный).

Напряжение питающей сети частотой 50 или 60 Гц, В - 220±22.

Потребляемая мощность, ВА, не более - 15.

Диапазоны срабатывания по удельной электропроводности среды контроля, Ом/м

первый - сопротивление 5000 Ом - 0,015

второй - сопротивление 700 Ом - 0,006.

Погрешность срабатывания по уровню, мм - +10.

Разрывная мощность контактов реле при напряжении 220 В переменного тока, ВА - 300.

Рабочее давление в объекте, кгс/смІ, не более - 25.

Температура контролируемой среды, °С, не более - 200.

Напряжение переменного тока на электродах датчиков, В, не более - 7.

Длина части датчика, погружаемой в сосуд, м - 0,10.

Материалы деталей датчика - сталь 12Х18Н10Т, титан ВТ-5, фторопласт 4.

Масса, кг, не более - 4.

Габаритные размеры, мм - 192х122х90.

Срок службы, лет - 10.

Принцип работы сигнализатора уровня основан на изменении электрического сопротивления между электродом датчика и стенкой сосуда. Погружение электрода датчика в контролируемую среду вызывает уменьшение сопротивления, осушения датчика - увеличении сопротивления.

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

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.

Дымосос ( ДН - 11.2 ).

Технические характеристики:

Производительность, тыс. м³/час - 18.4

Напор, кгс/см² - 124

Потребляемая мощность, кВт - 7.6

Данные для 750 об/мин

Производительность, тыс. м³/час - 27.65

Напор, кгс/см² - 276

Потребляемая мощность, кВт - 25.4

Данные для 1500 об/мин

Дымососы предназначены для создания искусственной тяги, необходимой для постоянного подвода свежего воздуха в топку и удаления из котла продуктов сгорания. Дымососы устанавливают за котлом.

Вентилятор ВД - 10.

Технические характеристики вентилятора ВД-2,7 (вентилятор дутьевой):

Таблица 3.1

Дутьевой вентилятор предназначен для принудительной подачи воздуха необходимого для горения топлива.

Регуляторы РС 29 широко применяются в тех же областях, что и заменяемые ими приборы Р25 (в системах автоматизации объектов промышленной энергетики и теплоснабжения), а также на более мощных энергетических установках. Работают обычно в комплекте с усилителями У29.3М.

Функциональные возможности:

Регулирование по ПИ, П трехпозиционному; двухпозиционному законам регулирования, а при использовании динамического преобразователя по ПИД закону.

Переключение вида управления с автоматического на ручное и обратно; ручное управление исполнительным механизмом.

Сигнализация предельных значений сигнала отклонения регулируемой величины от заданного значения.

Световая индикация: выходов, срабатывания сигнализатора предельных отклонений.

Цифровая индикация одного из четырех параметров по выбору: заданного значения регулируемой величины, отклонения регулируемой величины от заданного значения, положения исполнительного механизма, дополнительного параметра.

Технические характеристики регуляторов РС-29:

Таблица 3.2

ПИТАТЕЛЬНЫЙ НАСОС АН-2/16:

АН-2/16 - горизонтальный, двухпоршневой четверного действия электрический насосный агрегат. Выпускается взамен агрегата ПН-1/16М1. Предназначен для перекачивания чистой пресной воды в составе котлоагрегатов малой мощности. Агрегат может устанавливаться на стационарных и передвижных установках. Максимальная объемная концентрация твердых частиц в перекачиваемой среде 0,2 %, максимальный размер 0,2 мм. Насос имеет предохранительный (перепускной) клапан, предохраняющий его от чрезмерного повышения давления.

Материал деталей проточной части: серый чугун, цветные металлы и сплавы, легированная сталь. Уплотнение вала - манжетное. Этим насосным агрегатом комплектуются паровые котлы типа Е-1,0-0,9.

Технические характеристики.

Таблица 3.3

Манометры МТ-3И и МТ-4И.

Манометры технические МТ-3И и МТ-4И предназначены для измерения избыточного давления неагрессивных некристаллизующихся жидкостей, газа и пара.

Основные технические характеристики.

Таблица 3.4.

Пускатели электромагнитные ПМЛ-1000.

Назначение: пускатели электромагнитные серии ПМЛ-1000 предназначены для применения в стационарных установках для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором переменного напряжения до 660 В частоты 50 Гц.

Таблица 3.5. Технические характеристики

Пускатели электромагнитные серии ПМЛ-1000

для товаров народного потребления предназначены для включения электробытового оборудования, питающегося как от трехфазной, так и от однофазной сети.

при наличии тепловых реле осуществляют защиту управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз.

пригодны для работы в системах управления с применением микропроцессорной техники при шунтировании включающей катушки помехоподавляющим устройством или при тиристорном управлении.

Автоматический выключатель АП50Б-3МТ Iр=16А/

Технические характеристики:

Степень защиты: IP 54.

Уставка расцепителей:

электромагнитного - 10 Iн;

теплового - 1,05-1,35 Iн,

где Iн - номинальный ток.

Номинальное напряжение: 380 В, 50 Гц.

Реле электротепловое токовое РТЛ-1000.

Описание:

предназначено для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок.

Спецификация:

номинальный ток реле, А: - РТЛ-1016 .... 9,5-14 - РТЛ-1021 .... 13-19 - РТЛ-1022 .... 18-25 - РТЛ-1023 .... 25-32 Мощность, потребляемая одним полюсом реле, Вт .... не более 3 Габаритные размеры, мм .... 80х43х37 Масса, кг .... 0,12

ALPHA POWER 24-1.5 Блок питания[5].

Краткое описание - Блок питания ALPHA POWER разработан компанией Mitsubishi Electric для оптимизации питания компактных программируемых логических контроллеров (ПЛК) серии ALPHA. Однако его функциональные возможности позволяют говорить о нем не только как об узкоспециализированном устройстве. Он может обеспечивать надежное питание как ПЛК ALPHA, так и любого другого оборудования, требующего питания постоянным током - 24В DC. Широкий диапазон входного напряжения ALPHA POWER 85-264 В AC/45-65 Гц и 110-360 В DC позволяет обеспечить надежность питания практически в любой сети. А благодаря своим компактным размерам (71х90х57,8 мм), он удобно размещается даже в небольшом распределительном щите или пульте управления. Диапазон рабочих температур -25…+55 °С при влажности <95% (без конденсата) дает возможность эксплуатировать этот источник питания вне помещений. ALPHA POWER может успешно применяться в тех сетях, где возможны длительные падения напряжения или кратковременные отключения питания. Мощные конденсаторы позволяют при полной нагрузке сглаживать отключения питания длительностью более 20 миллисекунд. В целях увеличения мощности или реализации резервирования можно осуществлять параллельное подключение двух источников питания. Кроме того, ALPHA POWER имеет температурную защиту от перегрузки[5].

4. Краткое описание работы системы автоматизации парового котла

4.1 Описание работы системы

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. Вследствие 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 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 включения и отключения питательного насоса.

Розжиг котла происходит в следующем порядке:

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

- 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 газопроводе; при резком повышении давления пара[2].

4.2 Описание алгоритма работы системы

Программа начинает работать с 1-го блока схемы «Начало». Во 2-ом блоке схемы задаются начальные параметры: Р₀-давление газа, L₀-уровень воды в барабане, N₀-разряженность в топке, Р₁-давление пара на выходе к потребителю, Р₂-давление воздуха на входе в котел, R₀-фотодатчик. В 3-ит блоке схемы происходит включение дымососа и вентилятора на время 60с. Это позволит проветрить котел во избежание взрыва. В 4-от блоке схемы происходит отключение дымососа и вентилятора. В 5-от блоке схемы происходит проверка разреженности в топке котла с заданным (допустимым) значением. Если значение если значение разреженности в топке в данный момент времени больше допустимого, то повторно исполняются блоки схемы 3 и 4. Если значение меньше допустимого, то программа переходит к выполнению блока схемы №6. В 6-ом блоке схемы программа выполняет проверку уровня воды в котле с допустимым. Если уровень воды в котле меньше заданного, то программа переходит в блок схемы 7, в котором включается питательный насос на время 60с. В 8-ом блоке схемы насос выключается, и программа обратно проверяет условия уровня воды. Если уровень воды нормальный, то программа переходит к блоку схемы 9. В 9-ом блоке схемы проверяется давление газа в газопроводе. Если давление газа ниже допустимой, то программы завершает свою работу блоком схемы 10, что соответствует остановке работы парового котла. Если давление газа в норме, то в блоке схемы 11 происходит открытие клапана горелки. В 12-ом блоке схемы происходит зажигание пламени горелки. В 13-ом блоке схемы происходит открытие основного клапана газа. В 14-ом и 15-ом блоке схемы происходит включение дымососа и вентилятора. Они поддерживают нормальное условие разреженности в топке. Паровой котел перешел в рабочий режим. В 16-ом блоке схемы проверяется уровень воды. Если он ниже требуемого, то на 10с включается насос (блок схемы 17). В 18-ом блоке схемы он выключается и обратно проверяется условие. В 19-ом блоке схемы, если уровень воды стал больше или равен допустимому, то программа переходит к 23 блоку схемы. Если он все равно меньше, то в 20-ом блоке схемы происходит закрытие основного клапана газа, в 21-ом блоке схемы происходит подача сигнала об аварии и в 22-ом блоке схемы происходит остановка котлоагрегата. В 23-им блоке схемы происходит проверка разреженности в топке котла. Если в текущий момент разреженность превышает допустимую, то в 24-ом блоке схемы происходит закрытие основного клапана газа, в 25-ом блоке схемы происходит подача сигнала об аварии и в 26-ом блоке схемы происходит остановка котлоагрегата. Эта авария говорит о том, что или дымосос, или вентилятор не работают. Если разреженность топке меньше допустимой, то происходит регулирование клапанов воздуховода и отходящих газов что бы достичь допустимого уровня (28-ой блок схемы). Затем программа возвращается в блок схемы 27. Если в 27-ом блоке схемы наблюдается равенство значений, то программа, в 29-ом блоке схемы, проверяет давление газа в газопроводе. Если оно меньше допустимого, то в 30-ом блоке схемы происходит закрытие основного клапана газа, в 31-ом блоке схемы происходит подача сигнала об аварии и в 32-ом блоке схемы происходит остановка котлоагрегата. Если давление больше допустимого (блок схемы 33), то в 34-ом блоке схемы происходит закрытие основного клапана газа, в 35-ом блоке схемы происходит подача сигнала об аварии и в 36-ом блоке схемы происходит остановка котлоагрегата. Если давление в газопроводе равно допустимому, то паровой котел продолжает работу. В 37-ом блоке схемы проверяется давление пара к потребителю. Если оно больше допустимого, то в 38-ом блоке схемы происходит закрытие основного клапана газа, в 39-ом блоке схемы происходит подача сигнала об аварии и в 40-ом блоке схемы происходит остановка котлоагрегата. Если давление пара меньше допустимого (блок схемы 41), то в 42-ом блоке схемы происходит большее открытие клапана газа и программа возвращается в 37-ой блок схемы. Если же давление пара будет равно допустимому давлению, то программа переходит в 43-ий блок схемы, где проверяется давление воздуха в котле. Если давление воздуха больше заданного, то в 44-ом блоке схемы происходит закрытие основного клапана газа, в 45-ом блоке схемы происходит подача сигнала об аварии и в 46-ом блоке схемы происходит остановка котлоагрегата. В 47-ом блоке схемы, если давление воздуха меньше допустимой, то в 48-ом блоке схемы происходит регулирование клапана подачи воздуха. Затем программа возвращается в 47-ой блок схемы. В 49-ом блоке схемы происходит проверка наличия пламени в топке котла. Если пламени нет, то в 50-ом блоке схемы происходит закрытие основного клапана газа, в 51-ом блоке схемы происходит подача сигнала об аварии и в 52-ом блоке схемы происходит остановка котлоагрегата. Если пламя есть, то весь цикл повторяется (программа возвращается в блок схемы 16).

котлоагрегат автоматизация паровой котел

5. Выбор и описание используемого контроллера

5.1 Характерные особенности системы серии «Альфа-2»

1) Сообщения, выводимые на дисплей, и данные функционального блока.

В контроллере серии "Альфа-2" имеется возможность отображать на жидкокристаллическом дисплее рабочее состояние и состояние аварийного сигнала в виде сообщения. Обеспечивается отображение следующего содержания, с использованием функционального блока отображения. Значения, установленные для отображаемых таймеров и счетчиков может быть изменено в режиме РАБОТА (RUN).

-Общее количество символов на жидкокристаллическом дисплее: 12 символов х 4 строки

-Выводимые на дисплей виды информации: Сообщение, значение (текущее или установленное) для таймера и счетчика, аналоговые величины и т. д.

Программирование в режиме работы с персональным компьютером выполняется быстро и легко. Программное обеспечение AL-PCS/WIN-E для Windows способно создавать и сохранять программы. Программирование может осуществляться с использованием наглядного метода, при котором используются линии, соединяющие функциональные блоки в окне программирования. Также имеется возможность выполнять непосредственное программирование с использованием клавишей, расположенных на передней панели контроллера "Альфа-2".

Изображение на жидкокристаллическом экране пересылается по GSM модему.

Контроллеры серии "Апьфа-2" способны пересылать изображение, выводимое на жидкокристаллический дисплей, в виде сообщения, передаваемого по электронной почте с использованием GSM модема. Пользователь может следить за состоянием выполнения прикладной задачи при помощи доступа к диагностическим сообщениям, посылаемым по электронной почте через GSM модем.

Связь с компьютером поддерживается при помощи специализированного протокола. Контроллер серии "Альфа-2" поддерживает связь с компьютером (с помощью специализированного протокола). Специализированное по задачам пользователя прикладное программное обеспечение, при использовании линии связи с компьютером, дает возможность изменять плановые данные, параметры внутри функциональных блоков, и обеспечивает контроль состояния при выполнении прикладной задачи.

Усовершенствованная функция часов.

Еженедельный таймер и функции календарного таймера имеют множество переключателей, которые могут быть установлены на разные моменты срабатывания, и обеспечивают широкие возможности управления с временной зависимостью.

6) Аналоговый вход, 0 - 10В/0 - 500, -50 ° С - 200 ° С (датчик РТ 100), -50 °С - 450°С(термопара К-типа):

Вход пост, тока контроллера серии "Альфа-2" может воспринимать сигналы 0 - 10 В при разрешающей способности 0 - 500.

7) Аналоговый выход, 0 - 4000/0 - 10, 0 - 200 / 4 - 16 мА:

Контроллер серии "Альфа-2" может генерировать выходные сигналы в виде напряжения и тока.

8) Высокоскоростной счетчик, максимум 1 кГц

Контроллер серии "Альфа-2" имеет высокоскоростные счетчики (максимум две позиции) при использовании блоков AL2-4EX (EI1, EI2).

9). Высокие возможности по величине выходного тока.

Таблица 5.1: Высокие возможности по величине выходного тока.

10). Встроенное электрически-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство. Наличие встроенного электрически-стираемого программируемого постоянного запоминающего устройства исключает необходимость использовать аккумулятор для сохранения данных.

11). Поддержка 6-ти языков.

В контроллере серии "Альфа-2" имеется поддержка 6-ти языков (английского, немецкого, французского, итальянского, испанского, а также шведского). Язык для отображения информации на дисплее может быть выбран в ВЕРХНЕМ МЕНЮ (TOP MENU).

5.2 Имеющиеся модели «Альфа-контроллеров»

Таблица 5.2: Главные блоки.

Таблица 5.3. Расширительные модули/Адаптеры

5.3 Конфигурация системы

Рисунок 5.4: Конфигурация системы

Таблица 5.4 Конфигурация системы

Перечень выпущенных версий

Таблица 5.5 Хронология выпуска устройств серии «Альфа-2»

На основании оборудования и датчиков, которые мы подобрали для парового котла е Е-1-0,9Г, мы выбираем контроллер AL2-20MR-D

5.4 Технические характеристики контроллера AL2-20MR-D

Параметры источника питания.

Таблица 5.6 Параметры источника питания

Наименование	Код	Значения параметров
Источник питания	AL2-*"-D	24 В пост, тока, + 20% -15%
Максимальная продолжительность кратковременного перерыва в подаче электропитания	AL2-*"-D	5 мс
Пусковой ток	AL2-***-D, 24 В пост, тока	<7,0А
Максимальное потребление электроэнергии	AL2-24MR-D, 28,8 В пост, тока	9,0 Вт
Типичное значение потребления электроэнергии (без специальных соединительных модулей)	AL2-24MR-D, 24 В пост, тока	При всех включенных блоках ввода/вывода -5,0 Вт; При всех выключенных блоках ввода/вывода -1,0 Вт

Характеристики входных цепей.

Таблица 5.7: Характеристики входных цепей перем. тока

Таблица 5.8: Характеристики входных цепей пост. тока

Таблица 5.9: Характеристики аналоговых входных цепей

Характеристики выходных цепей.

Таблица 5.10

Характеристики выходных цепей с переключающими реле

Таблица 5.11

Характеристики транзисторных выходных цепей (только для типа, рассчитанногона работу с входным источником) модуля AL2-4EYT

Общие характеристики.

Таблица 5.12 Характеристики защиты от воздействия окружающей среды и электрические характеристики

Таблица 5.13 Характеристики защиты от воздействия окружающей среды и электрические характеристики

6. Описание программы

Для реализации автоматизации парового котла Е-1-0,9Г в программном обеспечении «Alpha Programming» мы использовали следующие блоки для набора команд:

1. Переключатель нажимного действия (PUSH SWITCH)

2. Аналоговый вход (ANALOG INPUT)

3. Контакт реле (RELAY POINT)

4. Вход S (INPUT S)

5. Сравнить (Compare). Функция Compare выполняет сравнение двух подключенных к ней входов. Входами могут служить:

значения установки параметров и текущие значения других функций;

аналоговое значение аналогового входного сигнала и выходное значение функции Gain;

постоянные значения при отсутствии подключенных к выводам функции сигналов или других функций.

Функция имеет один вывод для двоичного входа, два вывода для входов типа Слово I Word и один двоичный выход. Если подключен вывод двоичного входа, то процесс сравнения выполняется только при состоянии двоичного входа - ON. Если состояние двоичного входа - OFF, то процесс сравнения не выполняется

6. Триггер Шмидта (Schmitt Trigger). Функция триггер Шмидта имеет также название функция гистерезиса I Hysteresis (запаздывание). Она имеет задаваемые нижний и верхний пороговые значения и изменяемое входное значение. Функция триггер Шмидта имеет один двоичный вход, три входных вывода типа Слово и один двоичный выход.

7. НЕ (NOT). Функция предназначена для выполнения с входными сигналами логической операции NOT (НЕ): выход является отрицанием входа. Подключаемые ко входам сигналы должны быть только двоичными. У функции имеется 1 вывод двоичного входа и 1 вывод двоичного выхода.

8. Или (OR). Функция предназначена для выполнения с входными сиг- налами логической операции OR (ИЛИ): если все входы имеют состояние OFF, то состояние выхода OFF, иначе со стояние выхода ON. Подключаемые к входам сигналь должны быть только двоичными. У функции имеете; 4 вывода двоичного входа и 1 вывод двоичного выхода.

9. Задержка (Delay).По отношению к заданному входу эта функция обеспечивает задержку выходного сигнала в течение заданного времени. Время задержки по включению I ON delay и задержки по выключению I OFF delay можно установить в диалоге задержки I Delay dialog. Эта функция имеет вывод двоичного входа, вывод входа сигнала сброса, вывод двоичного выхода и один вывод выхода типа Слово (для записи текущего значения). Вывод входа сигнала сброса используется для установки выхода в состояние OFF, даже если состояние входа ON.

10. Однократное исполнение (One Shot). Данная функция позволяет сформировать импульс заданной продолжительности. Задать продолжительность можно в диалоге однократного исполнения I OneShot Dialog. У функции имеется вывод двоичного входа, вывод входа сигнала сброса, вывод выхода типа Слово (для записи текущих значений) и вывод двоичного выхода.

11. Установить/Сбросить (Set/Reset). Эта функция предназначена для установки значения выхода в соответствие с входом, если выбрана опция установить I Set, в противном случае она устанавливает значение выхода, соответствующее инверсии входа. Функция имеет два вывода двоичного входа (выводы Set и Reset) и один вывод двоичного выхода.

Заключение

В данном курсовом проекте, в соответствии с поставленной задачей управления, была предложена модернизация системы управления котлоагрегатом.

Была разработана функциональная схема котлоагрегата и произведен выбор автоматики. В качестве технической базы спроектированной системы автоматизации был предложен регулирующий микропроцессорный контроллер «Альфа-2» и персональная ЭВМ. Преимуществом модернизированной системы является более точная реализация процесса регулирования, основанная на цифровой обработке информации. Результат применения предлагаемой модернизации состоит в стабилизации параметров технологического процесса, за счёт увеличения объёма и качества обработки информации, позволяющей технологическому персоналу принимать своевременные и оптимальные решения при внештатных ситуациях.

Литература

1. Овчинников, Л.С. Теплоснабжение. Котельное оборудование/Л.С. Овчинников, - Минск, «Дизайн ПРО», 2007 г.

2. Якубовская, Е.С. Автоматизация технологических процессов Е.С. Якубовская, С.Н. Фурсенко, Е.С. Волкова,- Минск 2007.

3. Якубовская, Е.С. Автоматизация технологических процессов сельскохозяйственного производства, практикум. Е.С. Якубовская, Е.С. Волкова,- Минск 2008.

4. Автоматизация технологических процессов сельскохозяйственного производства, Методические рекомендации к первому циклу лабораторных работ, Минск 2008.

5. «Альфа-2» простой прикладной контроллер. Руководство по аппаратной части.

Размещено на Allbest.ru