Автоматизация водоподогревательных установок

2.6 Выбор микропроцессорного контроллера для АСУ ТП подогрева сетевой воды на ТЭЦ

Важным этапом разработки АСУ ТП является выбор микропроцессорного контроллера. Поскольку микропроцессорный контроллер выполняет ряд сложных вычислений и осуществляет управление исполнительными механизмами и соответственно регулирующими органами. Поэтому к нему предъявляются жесткие требования, особенно, это касается работы контроллера в условиях данного технологического процесса:

Требование к МПК:

- микроконтроллер должен быть устойчив к воздействию относительно высоких температур;

- устойчивость к повышенной влажности;

- высокое число аналоговых и дискретных входов и выходов;

- выбранный контроллер должен применяться для всего комплекса водоподготовки на ТЭЦ;

- возможность безостановочной работы;

- долгий срок эксплуатации;

- высокая надёжность.

Также не маловажным фактором, является предпочтение предприятия в применении микропроцессорных контроллеров определенной фирмы, это облегчает замену в случае каких-то проблем, или же расширение в случае необходимости. Также персонал предприятия уже освоил работу с подобными устройствами, и процесс установки и настройки микропроцессорного контроллера, а следовательно и АСУ ТП будет проще легче и вероятность возникновение ошибок в этом случае будет минимальна.

Из существующих и наиболее распространённых логических микроконтроллеров используемых в производстве, таких как: «Метакон-513», «Ремиконт-130», «Ремиконт-130-2М», «GLOFA» фирмы LG, «Simatic С7» и «Simatic S7» фирмы Semens, выбираем, как на наиболее подходящий для реализации и выполнения поставленных задач технологического производства, контроллер Simatic S7-400.

Выбираем микропроцессорный контроллер Simatic S7-400, так как система автоматического управления технологическим процессом на базе данного микропроцессора имеет ряд преимуществ:

- возможность изменения параметров технологического процесса оператором-технологом без остановки технологического оборудования;

- оперативность представления данных о ходе техпроцесса, о контролируемых величинах, о выпуске готовой продукции.

- высокая надёжность АСУТП на базе данного МПК;

- большое число аналоговых и дискретных входов/выходов;

- возможность подключение дополнительных модулей, что увеличит количество портов;

- принцип однократного ввода данных в систему, после чего они становятся доступными на всех уровнях управления. Ошибки в передаче данных и их несовместимости исключены;

- все компоненты и системы конфигурируются, программируются, запускаются и обслуживаются с использованием стандартных блоков, встроенных в систему разработки;

- блоки CPU различной производительности, в том числе с встроенными интерфейсами PROFIBUS-DP

- высокая степень защиты от электромагнитных помех;

- поддержка функций «горячей» замены модулей без остановки контроллера, что очень важно для производства тепла и электроэнергии, где простои оборудования не допустимы;

- благодаря высокому числу входов/выходов и дополнительных модулей, возможен полный переход предприятия с устаревших МПК на один контроллер Simatic S7-400.

Недостатком данного контроллера является высокая цена и габариты.



2.7 Описание микропроцессорного контроллера для АСУ ТП подогрева сетевой воды на ТЭЦ

Контроллер является свободно-программируемой системой управления для задач средней и большой сложности.

Он позволяет обрабатывать сотни сигналов поступающих от технологического процесса. МК построен по блочно-модульному принципу. Комплект модулей МК определяется характером выполняемой задачи управления и технологической схемой процесса, подлежащего автоматизации.

МК представляет собой корпус с посадочными местами, так называемый, держатель модулей UR1 (на 18 посадочных мест), в который вставляются модули: источника питания PS, центрального процессора CPU, коммуникационного процессора CP, связи IM и модули аналогового и дискретного ввода. Наличие модулей PS, CPU, IM и CP является обязательной конфигурацией МК, к которой будут добавляться модули ввода.

Питание контроллера осуществляется через блоки питания SITOP, преобразующие сетевое напряжение в напряжение постоянного тока 24 В. Блоки питания работают в автоматическом режиме (в случае выхода из строя рабочего блока автоматически включается второй).

Модуль питания PS 407 (10A) преобразует напряжение 24В постоянного тока в рабочее напряжение для МК модуль центрального процессора CPU 414-1 является мозгом МК, имеет 128 КБайт рабочей памяти (RAM), а также место под модуль Flash-EPROM (256 КБайт), применяемый в качестве расширения рабочей памяти, которая служит для хранения и отладки программ.

Для связи ЭВМ-МК используется коммуникационный процессор CP 443-1, который выполняет следующие функции: диагностика и обслуживание хода выполнения процесса, выдача сообщений и протоколирование [6].

Связь между МК и ЭВМ осуществляется интерфейсом RS-485 при помощи мультиплексора SINEC, способного подключить к МК до 8 абонентов.

Для обработки сигналов, поступающих с объекта управления, необходимо выбрать модули ввода/вывода. В данном технологическом процессе требуется: один модуль дискретного ввода информации SSM 421 (32 входа, задействовано 6); один модуль дискретного вывода SSM 422 (32 выхода, задействовано 10); один модуль аналогового ввода/вывода SSM 431: один модуль на аналоговый вход (8 входов - задействовано 7) .

Модули ввода устанавливаются в держателе модулей UR1, а модули вывода в ER1. Связь между держателями осуществляется через модуль связи IM, который необходимо установить на всех держателях модулей (ER1, UR1). В случае если необходимо нарастить контроллер, то устанавливают дополнительные держатели модулей ER1. Структура контроллера Simatic S7-400 и его общий вид представлена в таблице 2.1 приведены все блоки использованные в МПК.

Таблица 2.1 - Перечень выбранных составных модулей микропроцессорного контроллера Simatic S7-400

Позиция	Наименование	Кол.
6ES7 421-1BH10-0AA0	Модули ввода дискретных сигналов SM 421	1
6ES7 422-1BF01-0AA0	Модули вывода дискретных сигналов SM 422	3
6ES7 431-7HF01-0AB0	Модули ввода аналоговых сигналов SM 431	5
6ES7 432-5HB01-0AB0	Модули вывода аналоговых сигналов SM 432	5
6ES7431-1KF00-0AB0	Модуль для подключения термометров сопротивления SM 431	3
6ES7 414-3XL04-0AB0	Центральные процессоры CPU 414	1
6ES7 435-1VS00-0AE0	Функциональный модуль FM 435	1
6ES7 407-ODA01-0AA0	Блок питания PS 407	1
6GK7 442-5EX20-OXEO	Коммуникационный процессор CP 443-1	1

Описание выбранных модулей МПК:

- модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров, отличающихся производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов/выходов и специальных функций, количеством и видом встроенных коммуникационных интерфейсов и т.д. Для данного процесса оптимальным является процессор CPU 414, который управляет системой управления средней степени сложности со скоростной обработкой;

- модуль блока питания (PS 407), обеспечивающий возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120/230 В или от источника постоянного тока напряжением 24/48/60/110 В;

- коммуникационный процессор (CP 443-1) - интеллектуальный модуль, выполняющий автономную обработку коммуникационных задач в промышленных сетях AS-Interface, PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFINET и системах PtP связи;

- функциональный модуль (FM 435) - интеллектуальный модуль, оснащенный встроенным микропроцессором и способный выполнять задачи автоматического регулирования, взвешивания, позиционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д. Целый ряд функциональных модулей способен продолжать выполнение возложенных на них задач даже в случае остановки центрального процессора;

- модуль ввода аналоговых сигналов SM 431, к которому возможно подключить до 10 датчиков (с учетом резерва нам необходимо место под 13 датчиков, поэтому необходимо два модуля);

- модуль вывода аналоговых сигналов SM 432, к которому возможно подключить до 10 датчиков (с учетом резерва нам необходимо место под 2 датчика);

- модуль ввода дискретных сигналов SM 421, к которому возможно подключить до 10 устройств (с учетом резерва нам необходимо место под 8 устройств);

- модуль вывода дискретных сигналов SM 422, к которому возможно подключить до 10 устройств (с учетом резерва нам необходимо место под 6 устройств).

- Модуль для подключения термометров сопротивления SM 431, может коммутировать до 10 устройств.

Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:

- все модули устанавливаются на профильную шину S7-400 и фиксируются в рабочих положениях винтами. Объединение модулей в единую систему выполняется с помощью шинных соединителей (входят в комплект поставки каждого модуля), устанавливаемых на тыльную часть корпуса;

- произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фиксированные посадочные места занимают только модули PS, CPU и IM;

- наличие съемных фронтальных соединителей, позволяющих производить быструю замену модулей без демонтажа их внешних цепей и упрощающих выполнение операций подключения внешних цепей модулей. Механическое кодирование фронтальных соединителей исключает возможность возникновения ошибок при замене модулей;

- применение гибких и модульных соединителей TOP Connect, существенно упрощающих выполнение монтажных работ и снижающих время их выполнения.

2.8 Программирование контроллера Simatic S7-400 для АСУ ТП подогрева сетевой воды на ТЭЦ

Программирование контроллера осуществляется при помощи программатора PG на внутреннем языке программирования STEP7.

STEP-7 представляет собой язык программирования для создания программ пользователя микроконтроллеров семейства Simatic S7. Язык STEP-7 позволяет преобразовать постановку задачи автоматизации какого либо объекта в программу пользователя и записать её в одной из трёх возможных форм (способов) представления. Такими формами являются:

- КОР - контактный план (релейно-контактная схема);

- FUP - функциональный план (логическая схема);

- AWL - последовательность команд.

Контактный план (КОР) представляет собой графическое представление алгоритма управления при помощи символов. Символы применяются для обозначения опросов состояния сигналов 0 или 1 и располагаются на дисплее горизонтально по маршрутам. Поэтому наблюдается сходство с релейно-контактной схемой.

Функциональный план (FUP) представляет собой графическую форму записи алгоритма управления с помощью символов. Каждая функция представляется одним символом: на левой стороне символа представляются входы, а на правой выходы функции.

Последовательность команд (AWL) представляет собой форму записи алгоритма управления с помощью текстовой записи команд (в каждой строке одна команда).

Одни и те же функции можно программировать в любой из форм представления и воспроизводить их на программаторе PG. Программатор PG может автоматически преобразовывать программы из одной формы представления в другую, но не все программы в AWL преобразуются в КОР или FUP. Обратные преобразования производятся без ограничений. В программной памяти микропроцессора программа записывается в машинном коде МС-5.

Программа пользователя становится хорошо обозримой и простой для записи, если она подразделяется на логически завершённые и связанные части (блоки) программы. Поэтому при программировании микроконтроллеров семейства Simatic S7 используются различные блоки.

Программные блоки (РВ) содержат технологически или функциональнологически структурированную программу.

Функции, многократно применяемые в программах, а также являющиеся более сложными, разрабатываются и размещаются в виде функциональных блоков (FB). Программа в FB в общем случае записывается с помощью символических операндов. Вследствие этого, входы и выходы FB при каждой обработке можно “монтировать” с помощью различных операндов (параметризовать). Это даёт возможность рационально разрабатывать программу.

Для определенного количества стандартных функций предлагаются стандартные функциональные блоки в качестве программного продукта.

Организационные блоки (ОВ) определяют ход выполнения программы. В ОВ определяется с помощью команд вызова блоков последовательность выполнения блоков и, тем самым, прохождение программы. Сами ОВ, как правило, вызываются операционной системой.

Номер организационного блока определяет его функцию, и поэтому не является свободно выбираемым.

Шаговые блоки (SB) применяются при программировании шагового управления. Иногда необходимо накапливать параметры процесса для программы пользователя. Для этого используются блоки данных (DB), в которых записываются заданные значения, результаты вычислительных операций, временные параметры и т.д.

При программировании МК различают линейное и структурированное программирование. Линейное применяется для обработки простых задач. Все команды записываются в одном блоке и выполняются друг за другом. При структурированном подходе вся программа делится на блоки, законченные по смыслу отдельные завершенные части программы.

В контроллере применен цикличный способ опроса датчиков. Время цикла опроса определяется по внутреннему таймеру. Минимальное время, которое необходимо МК для реализации одного контура составляет 100 мс. Поскольку контура различаются по сложности, задаем время опроса 0,17 секунд, опрос датчика по одному параметру может осуществляться каждые 0,1 с.

2.9 Выбор ЭВМ для АСУ ТП подогрева сетевой воды на ТЭЦ

Вся цифровая и графическая информация отображается на ЭВМ, поэтому к ней предъявляются повышение требования по надежности. Кроме того, процесс получения нагретой воды и пара характеризуется повышенным выделением угольной пыли, а так как пункт оператора-технолога находится непосредственно в цехе, то к ЭВМ также предъявляются требования по герметичности и пылезащищенности. Предъявляемым требованиям не удовлетворяют широко распространенные и дешевые персональные ЭВМ, поэтому при разработке АСУ был сделан выбор в пользу ЭВМ промышленного образца. Выбираем панельный компьютер фирмы Advantech модель PPC-140/120 на базе процессора Pentium MMX^TM.

В данном случае ЭВМ будет работать в режиме «советчика». При работе в данном режиме на ЭВМ возложены следующие функции:

- контроль параметров, по которым осуществляется оперативное управление процессом;

- сигнализация о выходе параметров за допустимые пределы;

- вывод на монитор графической информации о ходе технологического процесса;

- ввод информации, поступающей из лаборатории;

- хранение информации;

- резервирование информации;

- возможность быстрого восстановление данных;

- организация обмена данных в системе управления;

- контроль и диагностика ошибок при передаче данных;

- защита от несанкционированного доступа к данным;

- управление одновременной обработкой задач;

- вывод цифровой и графической информации на печать.

Особое место в работе ЭВМ уделено функции поиска оптимальных решений с выдачей рекомендаций (советов) оператору. Данная функция осуществляется следующим образом. Через заданные промежутки времени полученные с МК данные о состоянии объекта анализируются с помощью математической модели (ММ). Также по ММ определяются воздействия, необходимые для приближения процесса к оптимуму, результаты предоставляются оператору. Окончательный выбор и осуществление управляющих воздействий остается за оператором. Внесение управляющих воздействий осуществляется путем изменения уставок в МК через ЭВМ.

Для того, чтобы не выходить из режима советчика и не загружать память ЭВМ, за которой работает оператор-технолог рекомендуется параллельно ЭВМ установить персональную ЭВМ, на которой будет проходить процесс обучения.



3. Разработка АСР температуры в подогревателе сетевой воды

В специальной части проекта выполнен расчет автоматической системы стабилизации подогрева сетевой воды в подогревателе, при возмущении по нагрузке.

Показатели качества регулирования, определяемые технологическим процессом:

- скачкообразное возмущающее воздействие, при котором снята переходная характеристика А = 2 % ХРО;

- максимальное внешнее возмущающее воздействие Х_вх.max = 5 % ХРО;

- время регулирования t_р ? 850 с;

- максимальное динамическое отклонение ДT ? 1,8 ^оС;

- переходной процесс в АСР апериодический.

3.1 Математическое описание объекта управления

Для составления математического описания объекта управления используем экспериментальный способ [3].

В таблице 3.1 приведены исходные данные для построения кривой разгона объекта управления (температуры воды подогревателе).

Таблица 3.1 - Исходные данные для построения кривой разгона

t,c	0	120	240	360	480	600	720	840	960	1080	1200	1320
T(t), 0C	0	0	0,160	0,500	0,820	1,180	1,400	1,600	1,750	1,900	2,000	2,000

На рисунке 3.1 и 3.2 приведены график возмущающего воздействия А(t) и график кривой разгона объекта управления.

Найдем единичную и нормированную переходную функцию

ДT⁰(t) = ДT(t) / А;

ДТ^н(t) = ДТ⁰(t) / Т⁰(Т_у),

где А = 2% ХРО - скачкообразное возмущающее воздействие, при котором снята переходная характеристика;

ДТ⁰(Т_у) - установившееся значение единичной переходной характеристики.

Таблица 3.2 - Расчетные данные для построения единичной и нормированной переходных характеристик

t,c	0	120	240	360	480	600	720	840	960	1080	1200	1320
Т(t), 0C	0	0	0,160	0,500	0,820	1,180	1,400	1,600	1,750	1,900	2,000	2,000
То(t), 0C	0	0	0,080	0,250	0,410	0,590	0,700	0,800	0,875	0,950	1,000	1,000
Тн(t)	0	0	0,080	0,250	0,410	0,590	0,700	0,800	0,875	0,950	1,000	1,000

Единичная и нормированная переходная характеристики приведены на рисунке 3.3.

Из зависимости ДT^н(t) находим величину коэффициента усиления

объекта К_об

К_об = ДТ⁰(Т_у)= 1 ⁰C / % ХРО. (3.1)

При аппроксимации объекта последовательным соединением апериодического звена и звена запаздывания определяем его динамические характеристики [3, рисунок 6.2]:

дополнительное запаздывание находим согласно формуле

. (3.2)

Для этого на рисунке 3.4, по нормированной переходной характеристике, графически определим время t_a и t_b, для ДT^н_a(t) = 0,1 и ДT^н_b(t) = 0,7 соответственно.

По рисунку 3.4, находим ta и tb

ta = 250 - 120 = 130 с; (3.3)

tb = 720 - 120 = 600 с. (3.4)

Теперь определим дополнительное запаздывание

(3.5)

. (3.6)

общее запаздывание найдем по формуле

, (3.7)

постоянная времени находится согласно формуле

; (3.8)

с.

Таким образом передаточная функция объекта согласно формуле будет иметь вид

; (3.9)

.

Для определения точности аппроксимации экспериментальной переходной функции решением дифференциального уравнения первого порядка с запаздывающим аргументом рассчитываем ординаты аппроксимирующей кривой

(3.10)

Результаты расчетов приведены в таблице 3.3, а исходная и аппроксимирующая кривые показаны на рисунке 3.5.

Таблица 3.3 - Ординаты переходных функций

t, c	0	120	240	360	480	600	720
ДTH(t)	0	0	0,08	0,25	0,41	0,59	0,70
ДTHa1(t)	0	-0,212	0,064	0,277	0,442	0,569	0,667
da1 *103	0	0,045	0,243	0,756	1,027	0,436	1,073

Окончание таблицы 3.3

t, c	960	1080	1200	1320	960
ДTH(t)	0,88	0,95	1,00	1,00	0,88
ДTHa1(t)	0,802	0,847	0,882	0,909	0,802
da1 *103	5,394	10,660	14,006	8,353	5,394

Рассчитаем среднеквадратичную ошибку аппроксимации по формуле

, (3.11)

где К - количество точек. В результате получим:

Так как ошибка аппроксимации достаточно велика, осуществляем аппроксимацию объекта последовательным соединением двух апериодических звеньев и звена запаздывания (решением дифференциального уравнения второго порядка с запаздывающим аргументом). Передаточная функция которой будет иметь вид

, (3.12)

где Т₁ и Т₂ - постоянные времени объекта.

Находим относительное время по формуле

; (3.13)

.

Приняв n = 1, по графику [3, рисунок 1.2] определяем относительные значения постоянных времени и , далее находим

;

(3.14)

(3.15)

Таким образом, передаточная функция объекта будет иметь вид

. (3.16)

Найдем координаты аппроксимирующей кривой по формуле

(3.17)

Результаты расчетов приведены в таблице 3.4, а аппроксимирующая кривая показана на рисунке 3.6.

Таблица 3.4 - Ординаты переходной функции

t, c	0	120	240	360	480	600	720
ДTH(t)	0	0	0,080	0,250	0,410	0,590	0,700
ДTHa1(t)	0	0	0,091	0,266	0,444	0,595	0,713
da1 *103	0	0	0,125	0,261	1,165	0,029	0,178

Окончание таблицы 3.4

t, c	840	960	1080	1200	1320
ДTH(t)	0,800	0,875	0,950	1,000	1,000
ДTHa1(t)	0,801	0,864	0,908	0,938	0,959
da1 *103	0,001	0,129	1,793	3,841	1,706

Рассчитаем среднеквадратичную ошибку аппроксимации по формуле

Так как погрешность аппроксимации меньше 3 %, принимает окончательно за передаточную функцию объекта

. (3.18)



3.2 Выбор регулятора для АСР подогрева сетевой воды в ПСВ

Для выбора закона регулирования (типа регулятора) воспользуемся аппроксимацией объекта решением дифференциального уравнения первого порядка с запаздывающим аргументом.

По отношению

;

(3.19)

так как 0,45 < 1, то выбираем регулятор непрерывного действия.

Затем, рассчитываем динамический коэффициент регулирования по формуле

, (3.20)

где у₁ - максимальное динамическое отклонение;

- максимальное внешнее возмущающее воздействие.

, (3.21)

По графику определяем, что R_д = 0,36 для требуемого вида переходного процесса, может обеспечить ПИД-регулятор.

Находим для ПИД-регулятора отношение [3, графику 2.4]

t_р / ф_об = 5, (3.22)

откуда время регулирования

t_р = 5 209,1 = 1045,5 с,

что больше допустимого времени регулирования 850с.

Несмотря на то, что полученное время регулирования превысило допустимое значение выбираем закон ПИД-регулирования, так как он является наиболее сложным из стандартных законов регулирования.

Передаточная функция ПИД-регулятора имеет вид

(3.23)

где - коэффициент усиления регулятора;

- время изодрома;

- время предварения.

3.3 Определение настроек регулятора и построение переходного процесса АСР подогрева сетевой воды в подогревателе

Предварительно, с целью определения варьирования настроек, рассчитываем коэффициент передачи регулятора Кр, время изодрома Ти и время предварения Тд по приближенным формулам.

Для апериодического переходного процесса

, (3.24)

- время изодрома Ти

, (3.25)

- и время предварения Тп

, (3.26)

.

Расчет оптимальных настроек регулятора произведем с помощью пакета прикладных программ MATLAB.

Для построения переходного процесса по заданию воспользуемся программным продуктом MATLAB 7 и пакетом Control System Toolbox. Это сборник алгоритмов MATLAB для моделирования, анализа и проектирования СУ. В среде Control System Toolbox можно моделировать и анализировать как непрерывные, так и дискретные СУ. Легко могут быть вычислены и отображены на экране отклики системы в частотной и временной областях, диаграммы расположения нулей / полюсов.

Пакет часто используется совместно с другими пакетами MATLAB для проектирования более сложных СУ.

Для нахождения оптимальных настроек регулятора используем пакет «Simulink Response Optimization». В пакете «Simulink» создаём модель объекта (последовательно подключая пиктограммы «Transfer Fcn» - передаточной функции и «Transport Delay» - запаздывания), присоединим блок «PID-Controller», на вход системы подаем ступенчатое воздействие, для этого подсоединим ко входу системы блок «Step», а к выходу подсоединяем блок графической оболочки оптимизации «Signal Constraint» и графический дисплей - блок «Scope», а также нам понадобится блок «Simout» для вывода данный в рабочее окно MatLab. Схема собранная в пакете «Simulink» представлена на рисунке 3.7.

Задаем начальные значения параметров ПИД-регулятора в рабочем окне MATLAB 7.0.1, а именно, коэффициенты

- коэффициент пропорциональной составляющей

Кп = Кр = 11,850;

- коэффициент интегральной составляющей

Ки = Кр / Ти, (3.27)

Ки = 11,850 / 418,172 = 0,028;

- коэффициент дифференциальной составляющей

Кд = Кр · Тд, (3.28)

КД = 11,850 • 83,63 = 991,1.

Переходной процесс с рассчитанными настройками ПИД-регулятора изображен на рисунке 3.8.

Далее двойным щелчком мыши открываем окно «Block Parameters: Signal Constraint», на представленном поле задаем нужные требования к переходному процессу, путем передвижения красных границ. Следующим этапом наших действий будет указание в меню «Optimizations/Tuned Parametrs …» необходимых изменяемых параметров, а именно, в данном случае это рассчитанные ранее коэффициенты K_п, K_и, K_д ПИД-регулятора.

Следующим шагом проводим оптимизацию параметров, для этого нажимаем Start в меню «Optimizations», либо производим это нажатием мышкой по одноименной пиктограмме расположенной под главным меню окна «Block Parameters: Signal Constraint»

В результате проведенной оптимизации в окне «Optimization Progress» получаем оптимизированные параметры регулятора, а именно:

- коэффициент пропорциональной составляющей

K_п = K_р = 0,1133;

- коэффициент интегральной составляющей

Ки = Кр / Ти, (3.29)

Ки = 0,273;

Tи=4,15 с;

- коэффициент дифференциальной составляющей

Kд = Kр • Tд, (3.30)

КД = 0,0897;

Tд = 0,791 c.

Переходной процесс с оптимальными настройками ПИД-регулятора изображен на рисунке 3.9.

Определяем параметры переходного процесса

- максимальное динамическое отклонение

ДT1 = 0,79 оС;

- величина перерегулирования

; (3.31)

- статическая ошибка

ДT_ст = 0;

- время регулирования

t_р = 390 секунд.

3.4 Определение устойчивости АСР температуры в подогревателе сетевой воды

После расчета настроек регулятора определим запас устойчивости системы по модулю и по фазе, используя частотный критерий Найквиста-Михайлова [4].

Для этого рассчитаем АФХ объекта и регулятора, которую получают подстановкой p=jщ в передаточную функцию.

(3.32)

Определяем сначала АФХ объекта без учета запаздывания

(3.33)

Разделим выражение Wо(jщ) на вещественную и мнимую части. Для этого умножим числитель и знаменатель Wо(jщ) на комплексно-сопряженное знаменателю выражение

(3.34)

Выражения для вещественной Po(щ) и мнимой Qo(щ) частей равны

(3.35)

(3.36)

Учтем запаздывание в системе

(3.37)

В общем виде получим

, (3.38)

Подставив соответствующие выражения, получим значение вещественной и мнимой частей для объекта с запаздыванием

(3.39)

(3.40)

Далее рассчитаем АФХ ПИД-регулятора

(3.41)

Разделив W_p(jщ) на вещественную и мнимую части, получим

(3.42)

(3.43)

(3.44)

(3.45)

АФХ разомкнутой системы получим как произведение АФХ объекта W_о(jщ) и регулятора W_p(jщ)

, (3.46)

Разделим W_раз(jщ) на вещественную и мнимую части

(3.46)

(3.46)

Результаты расчетов сведены в таблицу 3.5 по результатам которой строим годограф Найквиста, представленный на рисунке 3.10.

Таблица 3.5 - АФХ объекта, регулятора и разомкнутой АСР

щ,рад/с	0	0,001	0,002	0,004	0,006	0,008	0,012	0,02	0,04
Po(щ)Ч10	10	10	9,999	9,996	9,990	9,982	9,960	9,890	9,573
Qo(щ)	0	-0,079	-0,158	-0,317	-0,475	-0,632	-0,946	-1,566	-3,032
Pрег(щ)	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113
Qрег(щ)	-?	-27,300	-13,650	-6,825	-4,549	-3,412	-2,274	-1,363	-0,679
Pзап(щ)	1	0,993	0,971	0,887	0,752	0,574	0,130	-0,737	0,087
Qзап(щ)	0	-0,120	-0,238	-0,462	-0,659	-0,819	-0,991	-0,675	0,996
Pраз(щ)	-?	-3,446	-1,723	-1,723	-1,722	-1,721	-1,718	-1,708	-1,664
Qраз(щ)	-?	-272,997	-136,494	-68,238	-45,482	-34,101	-22,714	-13,590	-6,709
щ,рад/с	0,06	0,08	0,1	0,12	0,14	0,16	0,18	0,2	0,22
Po(щ)Ч10	9,088	8,486	7,821	7,136	6,467	5,836	5,255	4,729	4,257
Qo(щ)	-4,318	-5,376	-6,193	-6,781	-7,170	-7,394	-7,490	-7,489	-7,417
Pрег(щ)	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113
Qрег(щ)	-0,450	-0,334	-0,264	-0,217	-0,182	-0,156	-0,136	-0,119	-0,104
Pзап(щ)	0,608	-0,985	0,844	-0,260	-0,461	0,939	-0,924	0,424	0,299
Qзап(щ)	-0,794	0,174	0,537	-0,966	0,888	-0,343	-0,381	0,906	-0,954
Pраз(щ)	-1,597	-1,513	-1,421	-1,326	-1,234	-1,147	-1,066	-0,994	-0,929
Qраз(щ)	-4,384	-3,204	-2,489	-2,009	-1,667	-1,411	-1,214	-1,059	-0,934
щ,рад/с	0,24	0,26	0,28	0,3	0,32	0,4	0,5	0,6	0,7
Po(щ)Ч10	3,838	3,468	3,140	2,851	2,595	1,832	1,255	0,906	0,682
Qo(щ)	-7,295	-7,139	-6,962	-6,772	-6,575	-5,802	-4,970	-4,306	-3,782
Pрег(щ)	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113
Qрег(щ)	-0,092	-0,082	-0,072	-0,064	-0,057	-0,032	-0,010	0,008	0,024
Pзап(щ)	-0,865	0,977	-0,576	-0,128	0,764	-0,640	-0,952	-0,967	-0,680
Qзап(щ)	0,502	0,214	-0,818	0,992	-0,645	0,768	0,305	-0,254	-0,733
Pраз(щ)	-0,872	-0,821	-0,776	-0,737	-0,702	-0,599	-0,522	-0,474	-0,438
Qраз(щ)	-0,831	-0,745	-0,672	-0,610	-0,555	-0,393	-0,259	-0,160	-0,078
щ,рад/с	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6
Po(щ)Ч10	0,531	0,424	0,346	0,288	0,243	0,208	0,180	0,157	0,138
Qo(щ)	-3,363	-3,023	-2,743	-2,509	-2,310	-2,140	-1,993	-1,865	-1,751
Pрег(щ)	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113
Qрег(щ)	0,038	0,050	0,062	0,074	0,085	0,096	0,106	0,116	0,126
Pзап(щ)	-0,180	0,376	0,814	0,999	0,871	0,472	-0,075	-0,598	-0,935
Qзап(щ)	-0,984	-0,927	-0,581	-0,053	0,491	0,882	0,997	0,801	0,355
Pраз(щ)	-0,406	-0,374	-0,337	-0,294	-0,244	-0,188	-0,127	-0,063	0,003
Qраз(щ)	-0,005	0,061	0,121	0,174	0,220	0,257	0,283	0,297	0,298

Годограф Найквиста не пересекает точку на комплексной плоскости (-1; j0), поэтому система в замкнутом состоянии является устойчивой и запас устойчивости по амплитуде Дa = 0,58 и по фазе Дц = 36є, что удовлетворяет требуемым показателям качества, а именно, запас по амплитуде должен быть от 0,45 до 0,6, а запас по фазе от 30є до 60є, соответственно.

3.5 Проверка параметров настройки ПИД-регулятора на оптимальность

Мы рассчитали оптимальные настройки ПИД-регулятора, теперь проверим их на оптимальность, для этого увеличим и уменьшим настройки ПИД-регулятора, а именно, К_п, К_и, К_д, на 20% и посмотрим как изменится переходной процесс.

Таблица 3.6 - Оптимальные и измененные настройки ПИД-регулятора

Настройки ПИД-регулятора	Оптимальные настройки	Настройки, увеличенные на 20 %	Настройки, уменьшенные на 20 %
Кп	0,1133	0,13596	0,09064
Ки	0,0273	0,03276	0,02184
Кд	0,0897	0,10764	0,07176

Переходные процессы, получившиеся в системе, показаны на рисунке 3.11

Определим показатели качества полученных процессов, для удобства их восприятия полученные данные сведем в таблицу 3.7.

Таблица 3.7 - Сравнительный анализ показателей качества ПП

Показатели качества	Переходной процесс
	с оптимальными настройками ПИД-регулятора	с увеличенными на 20 % настройками ПИД-регулятора	с уменьшенными на 20 % настройками ПИД-регулятора
Максимальное динамическое отклонение ДT1, оС	0,8	0,78	0,83
Величина перерегулирования з, %	0	0,51	0
Статическая ошибка ДTст, %	0	0	0
Время регулирования tр, с	540	800	980

Переходной процесс в АСР с оптимальными настройками регулятора обладает лучшими характеристиками, чем с увеличенными и уменьшенными настройками, так как ухудшаются показатели качества, а именно, увеличивается время регулирования, и появляется перерегулирование.

3.6 Построение переходного процесса в АСР температуры в подогревателе при возмущении по заданию

Для построения переходного процесса по заданию также воспользуемся пакетом MatLab 7.0.1 и конкретно пакетом «Simulink», в созданной ранее системе изменим возмущение, по нагрузке значение установим на 0, а по заданию 1. Переходной процесс полученный по заданию представлен на рисунке 3.12.

Параметры переходного процесса в этом случае будут следующими

- максимальное динамическое отклонение ДT₁ = 0,4 ^оС;

- величина перерегулирования з = 0;

- статическая ошибка ДT_ст = 0;

- время регулирования t_р = 480 с.

3.7 Проверка АСР температуры в подогревателе на грубость

Зачастую параметры объекта управления определены с ошибкой или изменяются во времени. В этих условиях необходимо проверять рассчитанную систему на нечувствительность (грубость) к возможным вариациям параметров объекта для наихудших условий [7]. Для проверки нашей системы специально изменим параметры объекта управления, а именно, увеличим их на 20 %, и проанализируем, переходной процесс в системе. Конечно, нас будут интересовать показатели качества переходного процесса, то есть качество регулирования системы, при изменения параметров объекта (К_об и ф_об).

Определяем по графику параметры переходного процесса с увеличенными на 20% К_об и ф_об (К_об = 1,2, ф_об = 144 с)

- максимальное динамическое отклонение ДT₁ = 0,95 ^оС;

- величина перерегулирования

;

- статическая ошибка ДT_ст = 0;

- время регулирования t_р = 1400 с.

Из графика видно, что при изменении коэффициента усиления и времени запаздывания объекта качество процесса регулирования в АСР сильно ухудшается, а именно, t_р > 1400 с, з = 31,57 %, однако АСР остаётся устойчивой.



4. Электроснабжение и электрооборудование

4.1 Описание общей схемы электроснабжения предприятия в целом и проектируемого цеха

В данном дипломном проекте рассматривается ТЭЦ, которая является производителем не только тепловой, но ещё и электрической энергии. Проектируемый цех снабжается собственной энергией. На Красноярской ТЭЦ-2 установлено три турбогенератора типа ТВФ-120-2 и один турбогенератор типа ТВВ-160-2. Все генераторы подключаются на шины 110 кВ по схеме блока генератор-двухобмоточный трансформатор типа ТДЦ-125000/100 для ТВФ-120-2 и ТДЦ-200000/110 для ТВВ-160-2.

Распредустройство выполнено закрытым (ЗРУ-110) с двумя рабочими и третьей обходной системами шин внутри здания. Напряжение собственного расхода принято 6 кВ и 0,4 кВ. Выполнено устройство противоаварийной системной автоматики, группового управления возбуждения (ГУВ) генераторов.

Площадь проектируемого участка 864 м². Характеристику потребителей электроэнергии участка берём из технологической схемы. Годовой фонд рабочего времени основного оборудования 7200 часов.

4.2 Принципиальная однолинейная схема электроснабжения проектируемого цеха

Проектируемый турбинный цех получает питание от собственной подстанции по двум кабелям при напряжении 6 кВ. Поскольку в участке имеются ответственные потребители первой категории, их питание осуществляется от двух трансформаторов собственных нужд. Трансформаторы располагаются в пристройке к зданию цеха. Расчет мощности трансформаторов не выполняется.

Для распределения электроэнергии между потребителями цеха принимаем радиальную схему электроснабжения с оборудованием участковых распределительных пунктов (РП). При этом участок бойлерной установки питается по двум кабельным линиям, а остальные по одной.

Для силовых потребителей участка принимаем напряжение 0,4 кВ, для освещения 0,22 кВ. Освещение питается от общей с силовыми потребителями четырёхпроводной сети. Однолинейная принципиальная схема электроснабжения участка приведена на рисунке 4.1.

4.3 Расчёт электрического освещения цеха и общей осветительной нагрузки

Расчёт производим по методу удельной мощности. В зависимости от условий окружающей среды по [8, таблице 4-20], выбираем для пыльного помещения люминесцентные светильники типа ПВЛМ 2·80 (лампа двойная, по 80 Вт каждая трубка, частичное пылезащищённое исполнение).

В соответствии [8] принимаем для турбинного цеха освещённость 50 лк.

По [8, таблице 4-24] принимаем для выбранного типа светильника и площади цеха (864 м²) удельную нагрузку на освещение цеха Р_осв = 11,6 Вт/м².

Определяем реактивную мощность на освещение цеха

Р_осв = Р₀ · S; (4.1)

Р_осв = 11,6·864 = 10022,4 Вт.

Находим требуемое число светильников

Р_св = 2·80 = 160 Вт,

(4.2)

Определяем произвольно число рядов светильников, количество светильников в ряду и расстояние между светильниками с учетом обеспечения равномерного освещения располагаем светильники в 4 рядов по 16 светильников в ряду. Расстояние между светильниками в ряду равно 2,25 м.

4.4 Расчёт сечений и выбор кабелей напряжением 0,4 кВ и 6 кВ

Выбор сечения силовых кабелей производим по длительно допустимой токовой нагрузке и проверяем по потере напряжения [9]. Выбираем кабель для питания подогревателя ПСВ.

Расчётный ток на кабель определяем по формуле

кВт;

В;

;

(4.3)

Предусматриваем прокладку данного кабеля по стенам, потолкам и в скрытых полостях пола. В зависимости от принятого способа прокладки принимаем трёхжильный кабель с напряжением до 1 кВ и алюминиевыми жилами, с резиновой изоляцией, в негорючей резиновой оболочке, бронированный двумя стальными лентами, типа АНРБГ. Длина кабеля 50 метров. По [10, таблице 4-32] принимаем кабель с сечением жилы мм² для которого

Проверяем выбранный кабель по потере напряжения

мм²;

м / (Ом·мм²);

м;

(4.4)

(4.5)

Таким образом, данный кабель удовлетворяет нормам. Расчёт остальных кабелей проводим аналогично. Результаты расчётов сводим в таблицу 4.2.

Выбор кабелей напряжением 6 кВ производим по расчётному току

(4.6)

электроэнергия тепло подогреватель регулятор

Выбираем трехжильный кабель с алюминиевыми жилами, с резиновой изоляцией, в свинцовой оболочке, с наружным покровом, проложенный в земле, типа СРБ 3Ч95 с А.

Таблица 4.2 - Характеристики кабелей напряжением 0,38 кВ

Название электроустановки	Длина кабеля, м	Принятая марка и сечение кабеля	Расчетный ток, А	Iдоп, А	?Uк, В	?Uк, %
Подогреватель ПСВ	40	АНРБГ 3Ч25+1Ч16	15	150	1,24	0,3
Конденсатные насосы	45	АНРБГ 3Ч25+1Ч16	4,75	150	0,44	0,11
Насосы питательные	20	АНРБГ 3Ч25+1Ч16	15,25	150	0,62	0,16
Деаэратор	30	АНРБГ 3Ч25+1Ч16	65,29	150	4	1
Подогреватели низкого давления	20	АНРБГ 3Ч25+1Ч16	15,25	150	0,62	0,16
Вентиляторы	25	АНРБГ 3Ч25+1Ч16	77,16	150	3,94	1,04

Так как расчётный ток нагрузки значительно превышает значения допустимых токов всех кабелей, то для питания участка будем использовать схему питания, состоящую из 6 параллельных кабелей НРБГ 3Ч120+1Ч50. Суммарный допустимый длительный ток нагрузки для 6 кабелей равен 2820 А.

Так как расчётный ток нагрузки значительно превышает значения допустимых токов всех кабелей, то для питания участка производства пара будем использовать схему питания, состоящую из 2 параллельных кабелей АНРБГ 3Ч120+1Ч50. Суммарный допустимый длительный ток нагрузки для 2 кабелей равен 720 А.

Проверяем выбранный кабель по потере напряжения

мм²;

м / (Ом·мм²);

м;

(4.7)

(4.8)

Таким образом, данный кабель удовлетворяет нормам.

4.5 Расчет годовой стоимости электроэнергии

В большинстве случаев суммарная присоединенная мощность нагрузки металлургических предприятий превышает 1000 кВА. Поэтому расчет годовой стоимости электроэнергии (руб.) для них производится по двухставочному тарифу по формуле [11]

(4.9)

где а - годовая стоимость 1 кВт максимальной активной нагрузки, руб.;

Р_макс - заявленная предприятием максимальная активная мощность, кВт;

b - стоимость 1 кВтч активной энергии, коп.;

W_а - годовой расход активной энергии, кВтч;

c - годовая стоимость 1 квар максимальной реактивной нагрузки, руб.;

Q_макс - максимальная реактивная мощность, квар;

d - стоимость 1 кварч реактивной энергии, коп.;

W_р - годовой расход реактивной энергии, кварч.

Значения a, b, c, d берутся по данным преддипломной практики на предприятии.

Величины Р_макс и Q_макс при расчете принимаются равными суммарным расчетным значениям активной Р_р и реактивной Q_р мощности из таблицы электрических нагрузок.

Годовой расход активной W_а и реактивной W_р энергии определяется произведением соответственно Р_р и Q_р на годовой фонд времени работы основного оборудования и его значения берутся из таблицы нагрузок.

В том случае, когда предприятие не потребляет, а отдает в сеть реактивную мощность (например, при наличии большого числа синхронных двигателей, работающих с перевозбуждением), производится скидка со стоимости электроэнергии, отдаваемой в сеть реактивной мощности. Факт отдачи в сеть реактивной мощности устанавливается по таблице нагрузок. Суммарные значения реактивной Q_р мощности и энергии W_р в этом случае имеют отрицательный знак. Исходные данные и результаты расчетов приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Стоимость электроэнергии

Рр, кВт	Qр, квар	tгод, ч	Wа.год, кВт•ч	Wр.год, квар•ч	а, руб.	b, коп.	с, руб.	d, коп.	Сэ.год, руб.
1800	1742	7200	12960000	12542400	58,22	10,727	4,657	0,8581	1610754,0

4.6 Описание основных мер безопасности при эксплуатации электроустановок проектируемого цеха

В цехе используется сеть TN-С-S, в которой нулевые рабочий и защитный проводники объединены на головных участках сети в проводник PEN (PEN - protective earth neutral - защитная земля, нейтраль), а далее разделены на проводники N (нейтраль) и PE (защитная земля) [11].

Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом в любое время года при напряжении сети 0,4 кВ. Для обеспечения надежности связи нулевого провода с землей у электроприемников устраиваются повторные заземлители (обычно не более трех) с сопротивлением не более 30 Ом каждый (общее сопротивление повторных заземлителей не более 10 Ом). Выполнение зануления осуществляется в соответствии с "Правилами устройства электроустановок".

Для предотвращения поражения электрическим .током персонала при случайных прикосновениях к токоведущим частям необходимо выполнять технические и организационные мероприятия, предусмотренные "Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей".

К числу технических мероприятий относятся:

- производство необходимых отключений и принятие мер, препятствующих подаче напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

- вывешивание плакатов: "Не включать - работают люди", "Не включать - работа на линии" и при необходимости установка ограждений;

- присоединение к "земле" переносных заземлений; проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, на которое должно быть наложено заземление;

- наложение заземлений (непосредственно после проверки отсутствия напряжения);

- ограждение рабочего места и вывешивание плаката: "Стой - высокое напряжение", "Не влезай - убьет", "Работать здесь"

К организационным мероприятиям относятся:

- оформление работы нарядом или распоряжением;

- допуск к работе;

- надзор во время работы;

- оформление перерыва в работе, переводов на другое рабочее место, окончания работы [11].



5. Безопасность жизнедеятельности в производственной среде (охрана труда)

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

Производство горячей воды связано с повышенной опасностью для работающих в цехах, которая обусловлена наличием или потенциальной возможностью возникновения опасных и вредных факторов (ОПФ и ВПФ):

- наличие повышенного уровня шума и вибрации;

- высокая температура в трубопроводах, по которым подается пар, а также вода в телосеть;

- высокое давление в аппаратах и трубопроводах, подающих горячую воду и пар;

- поражение электрическим током при непосредственном соприкосновением с токоведущими частями электрооборудования, при неисправных ограждениях, блокировках, заземлениях;

- термические ожоги (наличие не огражденных поверхностей оборудования, нагревающихся в процессе работы свыше 40 ⁰C);

- воздействие электромагнитного поля при работе электрооборудования;

- повышенный уровень теплоизлучения;

- физические перегрузки (подвержены ремонтный персонал, операторы);

- нервно-психические перегрузки (подвержен управляющий персонал, мастер смены, оператор).

Анализ основных вредных факторов представлен в таблицы 5.1.



Таблица 5.1 - Анализ опасных и вредных производственных факторов

Операция технологического процесса	Наименование оборудования	Наименование опасного или вредного фактора	Единица измерения	Величина фактора	Норматив (безопасная величина) со ссылкой на ГОСТ
Нагрев воды	Подогре-ватели ПСВ	Шум	дБ	80	80 ГОСТ 12.1.003-99
		Вибрация	дБ	92	92 ГОСТ 12.1.012-96
Нагрев воды	Подогре-ватели ПСВ	Электрический ток	мА	>60	<10 ГОСТ 12.1.038-01
Нагрев воды	Подогре-ватели ПСВ	Тепловое излучение	кДж/(м2•ч)	334,8	350 СН 245-96

5.1.1 Тепловое излучение в цехе при нагреве воды в подогревателях ПСВ

(5.1)

Если перевести в кДж, то мы получим

Поскольку величина теплового излучения находится в пределах установленных ГОСТом, то применение специальных средств защиты от повышенного тепловыделения не требуется.

Для помещений с умеренными тепловыделениями и работ средней тяжести параметры метеоусловия представлены в таблице 5.2.



Таблица 5.2 - Анализ метеоусловий

Период года	Фактические значения	Оптимальные значения	Допустимые значения
	t,oc	ц,%	V,м/с	t,oc	ц,%	V,м/с	t,oc	ц,%	V,м/с
Холодный, переходный	от 15 до 22	до 75	от 0,1 до 0,2	от 17 до 19	от 40 до 60	не более 0,3	от 15 до 20	не более 75	не более 0,5
Тёплый	до 27о	до 75	от 0,1 до 0,2	от 18 до 21	от 40 до 60	от 0,3 до 0,7	не более 26оС.	При 26оС не более 65%, при 25оС не более 70%, при 24оС и ниже не более 75%	от 0,5 до 1,0

По данным таблицы 5.2 температура в цехе превышает допустимую, необходимо понизить её до значения установленного ГОСТом, а остальные метеоусловия находятся в норме.

5.1.2 Технические и организационные мероприятия по охране труда

Техническими требованиями по охране труда определяется возможность устранения несчастных случаев и профессиональных заболеваний. Объём производственного помещения на каждого работающего должен составлять не менее 15 м³, площадь каждого помещения не менее 4,5 м², а высота производственного помещения должна быть не менее 28 метров [13].

На рабочих местах обязательно наличие средств коллективной защиты, к которым относятся:

- средства искусственного освещения;

- средства защиты от теплоизлучения;

- средства защиты от поражения электрическим током (ограждения, изолирующие устройства и покрытия);

- средства защиты от шума.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) защищают рабочих профессиональных заболеваний, а так же предотвращения возможность поражения тепловым излучением.

5.1.3 Организация воздухообмена и устройства вентиляции

Задачей промышленной вентиляции является создание на производстве нормальных метеорологических и гигиенических условий за счёт качественного и своевременного удаления вредных газов, пыли, паров, влаги и тепловыделений. Процесс получения горячей воды сопровождается выделением угольной пыли. По способу перемещения воздуха вентиляция бывает естественной и искусственной. Для организации естественной вентиляции в цехе предусмотрен светоаэрационный фонарь. Для удаления угольной пыли применяется местная искусственная вытяжная вентиляция.

Рассчитаем общий воздухообмен. Расчёт сводится к определению избытков явной теплоты и расчёту количества воздуха на её ассимиляцию [14].

Количество необходимого приточного воздуха L_пр (м³ / с) определяется по формуле

, (5.2)

где Q_я - избытки явной теплоты в помещении цеха, кВт;

L_ух - количество воздуха, удаляемое из рабочей зоны местными отсосами, м³/с;

С_в - теплоёмкость воздуха ( С_в = 1,005 кДж/(К•кг);

_в - плотность воздуха, кг/м³, _в = 1,29;

t_р.з - температура рабочей зоны (определяется из ГОСТ 12.1.005-88);

t_ух - температура воздуха, удаляемого из верхней зоны помещения, ⁰С;

t_пр - температура приточного воздуха,⁰С.

Температуру удаляемого воздуха t_ух определяем по формуле

, (5.3)

где m - коэффициент, определяемый в зависимости от отношения площади, занимаемой тепловыделяющим оборудованием к площади помещения цеха. По таблице выбираем m = 0,3.

Таким образом,

t_ух = (21 - (1 - 0,3) ·18) / 0,3 = 28 С.

Рассчитываем количество явной теплоты Q_я (кВт), поступающей в помещение цеха

- тепловыделения Q1 от оборудования, приводимого в движение электродвигателями, вычисляем по формуле

, (5.4)

где Nу - установочная или номинальная мощность оборудования, кВт;

₁ - коэффициент использования установочной мощности (обычно от 0,7 до 0,9);

₂ - коэффициент загрузки оборудования,

₂ = 0,5 - 0,8;

₃ - коэффициент одновременности работы оборудования (обычно от 0,5 до 1);

₄ - коэффициент перехода тепла в помещение (колеблется от 0,1 до 0,25).

Таким образом,

.

б) Тепловыделение Q₂ (кВт) от нагревательных устройств рассчитываем по следующей формуле

, (5.5)

где Q_H - теплота сгорания топлива кДж/кг;

В - расход топлива кг/с;

а - коэффициент, учитывающий долю тепла выходящего в цех, а=0,2;

n - количество нагревательных устройств.

Таким образом,

(5.6)

- Количество теплоты Q₃(кВт), поступающей в помещение от солнечной радиации, находим из формулы

(5.7)

где q - величина радиации через 1м² остекленной поверхности, Вт/м² (по таблице выбираем q = 93 Вт/м²);

F - площадь остекления, м²;

А - коэффициент остекления (по таблице выбираем А = 0,8).

Таким образом

.

- Общее количество теплоты Q_я(кВт), поступающей в цех, вычисляют по формуле

(5.8)

Таким образом

.

Рассчитываем количество воздуха, удаляемого общеобменной вентиляцией и местными отсосами Lух, м³/c. Расчет проводим по следующей формуле

(5.9)

где Lух^м - количество воздуха, удаляемого местными отсосами, м³/с,

(L_ух^м = 1,8 м³/с).

Таким образом

.

Тогда

.

Рассчитываем кратность воздухообмена К (1/ч) по формуле

(5.10)

где Vц - объем цеха, м³ (Vц = 24,1·36·4 = 5205 м³).

.

Принимаем К = 2.

5.1.4 Мероприятия по защите от производственного шума

При сравнивании уровня шума (таблица 5.1) с нормативами можно сказать, что шум в цехе превышает предельно установленных уровней. Это объясняется тем, что в цехе совершаются технологические операции вызывающие большой шум. Для борьбы с шумом в цехе используют следующие защитные мероприятия:

- уменьшение шума в источнике его возникновения (смазка трущихся деталей, жёсткое крепление);

- СИЗ (мягкие вкладыши в уши, беруши, наушники).

5.1.5 Электробезопасность

Для оперативно-ремонтного персонала цеха с повышенной опасностью (наличие железнобетонного пола) элекробезопасность является важнейшим вопросом охраны труда и представляет собой систему организационных и технических мероприятий и средств обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги и электромагнитного поля.

Каждый рабочий должен знать об опасности электрического тока и его воздействия на организм. Величина тока 0,1 А и выше и напряжение 42 В,