Помощь студентам в учебе
Автоматизация системы сбора технологической информации для оперативного диспетчерского персонала ТЭЦ ВАЗа
|
Введение 4
1 Анализ технологического объекта управления и требования к разрабатываемой автоматической системе управления технологическими параметрами циркуляционных насосных станций 7
1.1 Анализ технологического объекта управления 7
1.2 Требования к составу технологических функций 10
1.3 Требования к общесистемным функциям 11
1.4 Требования к информационным функциям 16
1.5 Требования к управляющим функциям 23
1.6 Выводы 23
2 Основные технические решения разрабатываемой автоматизированной системы управления технологическими процессами 24
2.1 Требуемые работы для внедрения 24
2.2 Назначение и условия применения автоматизированных рабочих мест оперативного персонала 27
2.3 Технические решения разрабатываемой автоматизированной системы управления технологическими процессами 29
2.4 Комплекс технических средств и его размещение на объекте 35
2.5 Режимы функционирования системы 36
2.6 Контроль и управление технологическим оборудованием 38
2.7 Электропитание 39
2.8 Стандартизация и унификация 40
2.9 Виды обеспечения программно-технического комплекса 40
2.10 Аналоговые датчики и измерительные преобразователи 45
2.11 Формирование управляющих команд 48
2.12 Технические средства оперативного и неоперативного контроля и управления 49
2.13 Технические средства передачи информации 49
2.14 Численность, квалификация и функции обслуживающего персонала 50
2.15 Безопасность и надежность 51
2.16 Эргономика и техническая эстетика 54
2.17 Защита от влияния внешних воздействий 55
2.18 Выводы 56
3 Расчет технико-экономических показателей при внедрении автоматической системы управления технологическим процессом на циркуляционных насосных станциях ЦНС-1 и ЦНС-2 59
3.1 Приборы теплотехнического контроля ЦНС-1 59
3.2 Оборудование автоматизированной системы управления ЦНС-1 62
3.3 Оборудования волоконно-оптической линии связи ЦНС-1 63
3.4 Оборудование системы пожарной сигнализации и видеонаблюдения ЦНС-1 64
3.5 Приборы теплотехнического контроля ЦНС-2 65
3.6 Оборудование автоматизированной системы управления ЦНС-2 68
3.7 Оборудования волоконно-оптической линии связи ЦНС-2 69
3.8 Оборудование системы пожарной сигнализации и видеонаблюдения ЦНС-2 69
3.9 Пусконаладочные и строительно-монтажные работы по автоматизации ЦНС-1 и ЦНС-2 71
3.10 Вывод 71
Заключение 72
Список используемых источников 76
1 Анализ технологического объекта управления и требования к разрабатываемой автоматической системе управления технологическими параметрами циркуляционных насосных станций 7
1.1 Анализ технологического объекта управления 7
1.2 Требования к составу технологических функций 10
1.3 Требования к общесистемным функциям 11
1.4 Требования к информационным функциям 16
1.5 Требования к управляющим функциям 23
1.6 Выводы 23
2 Основные технические решения разрабатываемой автоматизированной системы управления технологическими процессами 24
2.1 Требуемые работы для внедрения 24
2.2 Назначение и условия применения автоматизированных рабочих мест оперативного персонала 27
2.3 Технические решения разрабатываемой автоматизированной системы управления технологическими процессами 29
2.4 Комплекс технических средств и его размещение на объекте 35
2.5 Режимы функционирования системы 36
2.6 Контроль и управление технологическим оборудованием 38
2.7 Электропитание 39
2.8 Стандартизация и унификация 40
2.9 Виды обеспечения программно-технического комплекса 40
2.10 Аналоговые датчики и измерительные преобразователи 45
2.11 Формирование управляющих команд 48
2.12 Технические средства оперативного и неоперативного контроля и управления 49
2.13 Технические средства передачи информации 49
2.14 Численность, квалификация и функции обслуживающего персонала 50
2.15 Безопасность и надежность 51
2.16 Эргономика и техническая эстетика 54
2.17 Защита от влияния внешних воздействий 55
2.18 Выводы 56
3 Расчет технико-экономических показателей при внедрении автоматической системы управления технологическим процессом на циркуляционных насосных станциях ЦНС-1 и ЦНС-2 59
3.1 Приборы теплотехнического контроля ЦНС-1 59
3.2 Оборудование автоматизированной системы управления ЦНС-1 62
3.3 Оборудования волоконно-оптической линии связи ЦНС-1 63
3.4 Оборудование системы пожарной сигнализации и видеонаблюдения ЦНС-1 64
3.5 Приборы теплотехнического контроля ЦНС-2 65
3.6 Оборудование автоматизированной системы управления ЦНС-2 68
3.7 Оборудования волоконно-оптической линии связи ЦНС-2 69
3.8 Оборудование системы пожарной сигнализации и видеонаблюдения ЦНС-2 69
3.9 Пусконаладочные и строительно-монтажные работы по автоматизации ЦНС-1 и ЦНС-2 71
3.10 Вывод 71
Заключение 72
Список используемых источников 76
Актуальность настоящего исследования:
В настоящее время на ЦНС-1 и ЦНС-2 организована круглосуточная работа персонала, который осуществляет управление в ручном режиме. Автоматизация системы позволит отказаться от постоянного присутствия персонала и перевести управление на автоматизированное рабочее место.
Объект исследования:
Циркуляционные насосные станции ТЭЦ ВАЗа.
Предмет исследования:
Автоматизация системы управления ЦНС-1 и ЦНС-2
Цель исследования:
Отказ от постоянного присутствия персонала и перевод управления технологическими процессами и контроля над параметрами работы оборудования циркуляционных насосных станций на автоматизированное рабочее место группового щита управления.
Гипотеза исследования:
Создание современных систем управления и регулирования на основе серийно выпускаемых микропроцессорных средств цифровой техники, обеспечивающих:
1) эффективное автоматизированное управление технологическими процессами в естественном, промежуточном и аварийном режимах работы оборудования;
2) повышение надежности механического и электрического оборудования;
3) предоставление оперативному персоналу достоверной и своевременной информации о прохождении технологического процесса, состоянии механического и электрооборудования и элементов управления, представленных в наиболее читаемой форме;
4) предоставление оперативному персоналу технологической информации (собранной за несколько лет) для анализа событий, оптимизации параметров события и планирования операций и повышения качества работ;
5) снижение численности аварийных ситуаций в результате неверных процессов деятельности персонала;
6) уменьшение риска вероятности возникновения аварийных ситуаций;
7) снижение психологического и физического уровня нагрузки на персонал;
8) повышение качества рациональной организации труда обслуживающего персонала;
9) усиление экономической эффективности работы тепломеханического и электротехнического оборудования, уменьшение издержек на обслуживание и ремонт.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) анализ технологического объекта управления и требования к разрабатываемой автоматизированной системе управления технологическими параметрами циркуляционных насосных станций;
2) основные технические решения разрабатываемой автоматизированной системы управления технологическими процессами;
3) расчет технико-экономических показателей при внедрении автоматизированной системы управления технологическим процессом на циркуляционных насосных станциях ЦНС-1 и ЦНС-2.
Методы исследования:
Изучение и анализ научно-технической литературы Российских и зарубежных ученых, а так же их нормативные документы и исследования. Так же использовались ГОСТы, ПУЭ и методики технико-экономического обоснования.
Научная новизна исследования:
Автоматизированная система управления циркуляционными насосными станциями ТЭЦ ВАЗа предназначена для обеспечения дистанционного управления оборудованием циркуляционных насосных станций, а также системы видеонаблюдения за оборудованием насосных станций и территории градирен и системы пожарной сигнализации в помещениях насосных станций для контроля наличия пожароопасных ситуаций и своевременного оповещения операторов технологов.
Практическая значимость исследования заключается в создании автоматизированной системы управления циркуляционными насосными станциями ТЭЦ ВАЗа.
Личное участие автора в организации и проведения исследования состоит в том, что выбор темы и анализ материала выполнен совместно с научным руководителем. Все основные результаты получены автором лично.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях:
• Студенческие Дни науки в ТГУ»: научно-практическая конференция (Тольятти, 1-30 апреля 2019 года);
• V Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов (Тольятти, 12-13 ноября 2019 года).
На защиту выносятся:
1) анализ технологического объекта управления и требования к разрабатываемой автоматизированной системе управления технологическими параметрами циркуляционных насосных станций;
2) основные технические решения разрабатываемой автоматизированной системы управления технологическими процессами;
3) расчет технико-экономических показателей при внедрении автоматизированной системы управления технологическим процессом на циркуляционных насосных станциях ЦНС-1 и ЦНС-2.
В настоящее время на ЦНС-1 и ЦНС-2 организована круглосуточная работа персонала, который осуществляет управление в ручном режиме. Автоматизация системы позволит отказаться от постоянного присутствия персонала и перевести управление на автоматизированное рабочее место.
Объект исследования:
Циркуляционные насосные станции ТЭЦ ВАЗа.
Предмет исследования:
Автоматизация системы управления ЦНС-1 и ЦНС-2
Цель исследования:
Отказ от постоянного присутствия персонала и перевод управления технологическими процессами и контроля над параметрами работы оборудования циркуляционных насосных станций на автоматизированное рабочее место группового щита управления.
Гипотеза исследования:
Создание современных систем управления и регулирования на основе серийно выпускаемых микропроцессорных средств цифровой техники, обеспечивающих:
1) эффективное автоматизированное управление технологическими процессами в естественном, промежуточном и аварийном режимах работы оборудования;
2) повышение надежности механического и электрического оборудования;
3) предоставление оперативному персоналу достоверной и своевременной информации о прохождении технологического процесса, состоянии механического и электрооборудования и элементов управления, представленных в наиболее читаемой форме;
4) предоставление оперативному персоналу технологической информации (собранной за несколько лет) для анализа событий, оптимизации параметров события и планирования операций и повышения качества работ;
5) снижение численности аварийных ситуаций в результате неверных процессов деятельности персонала;
6) уменьшение риска вероятности возникновения аварийных ситуаций;
7) снижение психологического и физического уровня нагрузки на персонал;
8) повышение качества рациональной организации труда обслуживающего персонала;
9) усиление экономической эффективности работы тепломеханического и электротехнического оборудования, уменьшение издержек на обслуживание и ремонт.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) анализ технологического объекта управления и требования к разрабатываемой автоматизированной системе управления технологическими параметрами циркуляционных насосных станций;
2) основные технические решения разрабатываемой автоматизированной системы управления технологическими процессами;
3) расчет технико-экономических показателей при внедрении автоматизированной системы управления технологическим процессом на циркуляционных насосных станциях ЦНС-1 и ЦНС-2.
Методы исследования:
Изучение и анализ научно-технической литературы Российских и зарубежных ученых, а так же их нормативные документы и исследования. Так же использовались ГОСТы, ПУЭ и методики технико-экономического обоснования.
Научная новизна исследования:
Автоматизированная система управления циркуляционными насосными станциями ТЭЦ ВАЗа предназначена для обеспечения дистанционного управления оборудованием циркуляционных насосных станций, а также системы видеонаблюдения за оборудованием насосных станций и территории градирен и системы пожарной сигнализации в помещениях насосных станций для контроля наличия пожароопасных ситуаций и своевременного оповещения операторов технологов.
Практическая значимость исследования заключается в создании автоматизированной системы управления циркуляционными насосными станциями ТЭЦ ВАЗа.
Личное участие автора в организации и проведения исследования состоит в том, что выбор темы и анализ материала выполнен совместно с научным руководителем. Все основные результаты получены автором лично.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях:
• Студенческие Дни науки в ТГУ»: научно-практическая конференция (Тольятти, 1-30 апреля 2019 года);
• V Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов (Тольятти, 12-13 ноября 2019 года).
На защиту выносятся:
1) анализ технологического объекта управления и требования к разрабатываемой автоматизированной системе управления технологическими параметрами циркуляционных насосных станций;
2) основные технические решения разрабатываемой автоматизированной системы управления технологическими процессами;
3) расчет технико-экономических показателей при внедрении автоматизированной системы управления технологическим процессом на циркуляционных насосных станциях ЦНС-1 и ЦНС-2.
Обеспечение дистанционным управлением оборудования происходит за счет внедрения современных микропроцессорных средств и средств вычислительной техники путем реализации следующих основных функций:
1) Обеспечение дистанционного управления оборудованием насосных станций и контроля состояния электродвигателей циркуляционных насосов, с учетом требований охраны труда и техники безопасности, охраны природы;
2) Представление информации в виде мнемосхем, графиков, трендов, таблиц и т.д. на экранах мониторов операторских станций автоматизированного рабочего места для машиниста группового щита управления, которое обеспечивает персонал полной и точной информацией о развитии технологического процесса и состоянии централизованных органов управления для возможности управления с автоматизированного рабочего места;
3) Защита хост-устройств методом контроля и профилактики в случае чрезвычайных ситуаций;
4) Предоставление персоналу точной и достоверной информации:
a. Для результативного анализа, принимая во внимание архивацию данных о развитии технологического процесса, учет действий, расчет технико-экономических показателей и диагностику состояния оборудования;
b. Для оптимизации, планирования технического обслуживания оборудования и улучшения его качества работы;
c. Для ведения технической отчетности.
5) Проверка и диагностика системы для обеспечения персонала информацией о работоспособности технических средств системы автоматизации циркуляционных насосных станций;
6) Дистанционное и автоматическое управление исполнительными механизмами;
7) Архивация информации о ходе и управлении технологическими процессами;
8) Учет потребления основных энергоносителей;
9) Оперативное отображение хода и документирования ведения технологических процессов.
Создание автоматизированной информационно-измерительной системы предусматривает следующий объем работ:
1. Замена регуляторов на подпитке добавочной воды ЦНС-2;
2. Замена силовых сборок управления дренажными насосами в ЦНС-2;
3. Замена силовых сборок управления запорно-регулирующей арматурой;
4. Замена датчиков контроля давления на напоре циркуляционных насосов;
5. Замена датчиков контроля давления на напоре циркуляционных насосов;
6. Замена датчика расхода добавочной воды ЦНС-2;
7. Установка датчиков контроля уровня воды в градирнях, в аванкамерах насосных станций;
8. Смонтировать уровнемеры в градирнях с отображением значений уровня на показывающих приборах с сигнализацией по повышению уровня;
9. Смонтировать уровнемеры в аванкамерах циркуляционных насосов с отображением значений уровня на показывающих приборах с предупредительной и аварийной сигнализацией при повышении и понижении уровня;
10. Смонтировать температурный контроль и контроль вибрации циркуляционных насосов ЦН 1-6 и ЦН 7-10, давление на напоре циркуляционных насосов, значения уровней в чашах градирен и аванкамер вывести на автоматизированных рабочих местах ЦНС-1,2, расположенных на групповых щитах управления 1 и 2 соответственно;
11. С автоматизированных рабочих мест выполнить управление задвижками на градирнях, затворов на напоре циркуляционных насосов и управление регуляторами добавочной воды на ЦНС-1 и задвижками регулирования уровня на ЦНС-2;
12. На автоматизированные рабочие места вывести показания с видеокамер, расположенных в машзалах ЦНС-1,2 и территории около градирен;
13. Смонтировать пожарную сигнализацию с выходом на автоматизированные рабочие места ЦНС-1,2;
14. Выполнить управление автоматикой и показания уровня дренажных вод в подвалах ЦНС-1,2;
15. Выполнить монтаж волоконно-оптической линии связи от зданий ЦНС-1 и ЦНС-2 до групповых щитов управления 1 и 3 соответственно с подключением к локальной сети ТЭЦ. Смонтировать шкафы сбора данных, контроллерное и серверное оборудование;
Для контроля уровня в дренажных приямках применяются датчики реле уровня РОС301-УХЛ4 вертикального исполнения завода-изготовителя «Ризур».
Для виброконтроля электродвигателей циркуляционных насосов с 1 по 10 применяются вибропреобразователи ВК-310С с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА завода-изготовителя «ВиКонт». Поставляется в сборе с комплектом вторичных приборов и датчиком и соединительным (монтажным) кабелем.
Для контроля давления на напоре насосов циркуляционных насосов с 1 по 10 применяются датчики давления Метран-150 ДИ с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА завода-изготовителя «Метран».
Для контроля уровня в чашах градирен с 1 по 7 применяются датчики уровня Метран-35ЛМП-307 с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА завода-изготовителя «Метран».
Для контроля уровня в аванкамерах циркуляционных насосов с 1 по 10 применяются датчики уровня Метран-35ЛМП-307 с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА завода-изготовителя «Метран».
Для управления регуляторами добавочной воды используется пускатель реверсивный ПБР-3А завода-изготовителя «МАКС21».
Для управления задвижками добавочной воды используется Клапан регулирующий поворотный с МЭОФ завода-изготовителя «Армтэк».
Для дистанционного управления затворами на напоре циркуляционных насосов с 1 по 10, а так же управления задвижками на градирнях с 1 по 7 используется уже установленное оборудование.
Для передачи информации от циркуляционных насосных станций до групповых щитов управления применяется волоконно-оптическая связь.
Система пожарной сигнализации и видеонаблюдения построена на базе оборудования завода-изготовителя ЗАО НВП «Болид».
Для внедрения автоматической системы управления технологическим процессом на циркуляционных насосных станциях ЦНС-1 и ЦНС-2 потребуется 17902900 рублей. Несмотря на затраты, система автоматизации быстро себя окупает и позволит отказаться от постоянного присутствия персонала на циркуляционных насосных станциях и перевести управление технологическими процессами на автоматизированное рабочее место группового щита управления.
1) Обеспечение дистанционного управления оборудованием насосных станций и контроля состояния электродвигателей циркуляционных насосов, с учетом требований охраны труда и техники безопасности, охраны природы;
2) Представление информации в виде мнемосхем, графиков, трендов, таблиц и т.д. на экранах мониторов операторских станций автоматизированного рабочего места для машиниста группового щита управления, которое обеспечивает персонал полной и точной информацией о развитии технологического процесса и состоянии централизованных органов управления для возможности управления с автоматизированного рабочего места;
3) Защита хост-устройств методом контроля и профилактики в случае чрезвычайных ситуаций;
4) Предоставление персоналу точной и достоверной информации:
a. Для результативного анализа, принимая во внимание архивацию данных о развитии технологического процесса, учет действий, расчет технико-экономических показателей и диагностику состояния оборудования;
b. Для оптимизации, планирования технического обслуживания оборудования и улучшения его качества работы;
c. Для ведения технической отчетности.
5) Проверка и диагностика системы для обеспечения персонала информацией о работоспособности технических средств системы автоматизации циркуляционных насосных станций;
6) Дистанционное и автоматическое управление исполнительными механизмами;
7) Архивация информации о ходе и управлении технологическими процессами;
8) Учет потребления основных энергоносителей;
9) Оперативное отображение хода и документирования ведения технологических процессов.
Создание автоматизированной информационно-измерительной системы предусматривает следующий объем работ:
1. Замена регуляторов на подпитке добавочной воды ЦНС-2;
2. Замена силовых сборок управления дренажными насосами в ЦНС-2;
3. Замена силовых сборок управления запорно-регулирующей арматурой;
4. Замена датчиков контроля давления на напоре циркуляционных насосов;
5. Замена датчиков контроля давления на напоре циркуляционных насосов;
6. Замена датчика расхода добавочной воды ЦНС-2;
7. Установка датчиков контроля уровня воды в градирнях, в аванкамерах насосных станций;
8. Смонтировать уровнемеры в градирнях с отображением значений уровня на показывающих приборах с сигнализацией по повышению уровня;
9. Смонтировать уровнемеры в аванкамерах циркуляционных насосов с отображением значений уровня на показывающих приборах с предупредительной и аварийной сигнализацией при повышении и понижении уровня;
10. Смонтировать температурный контроль и контроль вибрации циркуляционных насосов ЦН 1-6 и ЦН 7-10, давление на напоре циркуляционных насосов, значения уровней в чашах градирен и аванкамер вывести на автоматизированных рабочих местах ЦНС-1,2, расположенных на групповых щитах управления 1 и 2 соответственно;
11. С автоматизированных рабочих мест выполнить управление задвижками на градирнях, затворов на напоре циркуляционных насосов и управление регуляторами добавочной воды на ЦНС-1 и задвижками регулирования уровня на ЦНС-2;
12. На автоматизированные рабочие места вывести показания с видеокамер, расположенных в машзалах ЦНС-1,2 и территории около градирен;
13. Смонтировать пожарную сигнализацию с выходом на автоматизированные рабочие места ЦНС-1,2;
14. Выполнить управление автоматикой и показания уровня дренажных вод в подвалах ЦНС-1,2;
15. Выполнить монтаж волоконно-оптической линии связи от зданий ЦНС-1 и ЦНС-2 до групповых щитов управления 1 и 3 соответственно с подключением к локальной сети ТЭЦ. Смонтировать шкафы сбора данных, контроллерное и серверное оборудование;
Для контроля уровня в дренажных приямках применяются датчики реле уровня РОС301-УХЛ4 вертикального исполнения завода-изготовителя «Ризур».
Для виброконтроля электродвигателей циркуляционных насосов с 1 по 10 применяются вибропреобразователи ВК-310С с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА завода-изготовителя «ВиКонт». Поставляется в сборе с комплектом вторичных приборов и датчиком и соединительным (монтажным) кабелем.
Для контроля давления на напоре насосов циркуляционных насосов с 1 по 10 применяются датчики давления Метран-150 ДИ с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА завода-изготовителя «Метран».
Для контроля уровня в чашах градирен с 1 по 7 применяются датчики уровня Метран-35ЛМП-307 с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА завода-изготовителя «Метран».
Для контроля уровня в аванкамерах циркуляционных насосов с 1 по 10 применяются датчики уровня Метран-35ЛМП-307 с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА завода-изготовителя «Метран».
Для управления регуляторами добавочной воды используется пускатель реверсивный ПБР-3А завода-изготовителя «МАКС21».
Для управления задвижками добавочной воды используется Клапан регулирующий поворотный с МЭОФ завода-изготовителя «Армтэк».
Для дистанционного управления затворами на напоре циркуляционных насосов с 1 по 10, а так же управления задвижками на градирнях с 1 по 7 используется уже установленное оборудование.
Для передачи информации от циркуляционных насосных станций до групповых щитов управления применяется волоконно-оптическая связь.
Система пожарной сигнализации и видеонаблюдения построена на базе оборудования завода-изготовителя ЗАО НВП «Болид».
Для внедрения автоматической системы управления технологическим процессом на циркуляционных насосных станциях ЦНС-1 и ЦНС-2 потребуется 17902900 рублей. Несмотря на затраты, система автоматизации быстро себя окупает и позволит отказаться от постоянного присутствия персонала на циркуляционных насосных станциях и перевести управление технологическими процессами на автоматизированное рабочее место группового щита управления.
