Помощь студентам в учебе
Разработка программно-технического комплекса для автоматической растопки парового газового котла на базе ПЛК Siemens семейства Simatic S7
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕКТЕ АВТОМАТИЗАЦИИ 9
1.1 Краткая характеристика объекта 9
1.2 Анализ оборудования 9
Выводы по первой главе 11
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНО ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ РОЗЖИГА ПАРОВОГО ГАЗОВОГО КОТЛА .... 12
2.1 Назначение проектирования программно-технического комплекса для
автоматизации розжига котла 12
2.2 Цели проектирования программно-технического комплекса для
автоматизации розжига котла 12
2.3 Требования к программно-технического комплексу для автоматизации
розжига котла 12
2.3.1 Общие требования к программно-технического комплекса
автоматизации розжига котла 12
2.3.2 Технологические защиты 14
2.3.3 Алгоритмы функционально-группового управления 15
2.3.4 Требования к структуре и функционированию программы и
системы для автоматического розжига котла 15
2.3.5 Требования к режимам функционирования программы и системы
автоматического розжига котла 17
2.3.6 Требования к надежности программы и системы автоматического
розжига котла 17
2.3.7 Требования к надежности программно-технического комплекса
автоматизации розжига котла 20
2.3.8 Требования к сохранности информации при авариях 21
2.3.9 Требования к средствам защиты от внешних воздействий 21
2.3.10 Требования к физическим каналам аналоговой информации 22
2.3.11 Требования по электропитанию технических средств ПТК 22
2.4 Выбор технических средств автоматизации процесса 22
Выбор промышленного логического контроллера 22
2.4.2 Выбор модулей ввода-вывода сигналов 23
2.4.3 Выбор датчиков и исполнительных механизмов 25
2.4.3.1 Датчик давления Метран-55 25
2.4.3.2 Расходомер Метран-150КБЛ 26
2.4.3.3 Блок газового оборудования Therminator T-5.630 GL.E 27
2.4.4 Выбор серверного оборудования для программно-технического
комплекса 28
2.4.5 Выбор АРМ для управления технологическими процессами 29
2.4.6 Выбор источника бесперебойного питания 30
2.4.7 Количество и стоимость технических средств автоматизации
процесса розжига котла 31
Выводы по второй главе 31
3 СХЕМА РАБОТЫ ПРОГРАММЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РОЗЖИГА ПАРОВОГО КОТЛА 31
3.1 Технологические защиты участвующие в работе автоматизации котла . 32
3.1.1 Требования к выполнению технологических защит котла 32
3.1.2 Перечень технологических защит котла 33
3.1.2.1 Технологические защиты, действующие на останов котла 33
3.1.2.2 Локальные технологические защиты котла (технологические
защиты горелки): 33
3.1.3 Технологические условия на срабатывание защит 33
3.1.3.1 Защиты, действующие на останов котла: 33
3.1.3.2 Локальные технологические защиты котла: 35
3.1.4 Действия, выполняемые технологической защитой 37
3.2 Логическое управление процессом розжига котла 37
3.2.1 Общие принципы проектирования управления и алгоритмов функционально группового управления 37
3.2.2. Описание работы алгоритмов функционально-группового управления 38
3.2.2.2 Алгоритм ФГ «Опрессовка газовой горелки котла» 40
3.2.2.3 Алгоритм ФГ «Автоматический розжиг котла» 41
3.2.2.4 Алгоритм ФГ «Останов котла» 42
3.3. Дистанционное управление механизмами 43
3.3.1 Краткое описание алгоритмов управления запорно-регулирующей
арматурой и механизмами собственных нужд 43
3.3.2 Условия управления запорной регулирующей арматурой и
механизмами собственных нужд 43
3.3.2.1 Запорная арматура Г-1 43
3.3.2.2 Отсечной автоматический клапана на газе к котлу 43
3.3.2.3 Предохранительно-запорный клапан №1 43
3.3.2.4 Предохранительно-запорный клапан №2 44
3.3.2.5 Клапан свечи безопасности 44
3.3.2.6 Клапан опрессовки ГГ 45
3.3.2.7 Электромагнитный клапан защитно-запального устройства. .. 45
3.3.2.8 РТГ на газе к котлу 45
3.3.2.9 НТВ к горелке 46
Выводы по третьей главе 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 49
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 51
ПРИЛОЖЕНИЯ 52
ПРИЛОЖЕНИЕ А. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПТК 52
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ОБЩАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗЦИИ СИСТЕМЫ 53
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ . 54
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. АЛГОРИТМ ФГ «ВЕНТИЛЯЦИЯ ТОПКИ» 55
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. АЛГОРИТМ ФГ «ОПРЕССОВКИ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ КОТЛА» 56
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. АЛГОРИТМ ФГ «АВТОМАТИЧЕСКИЙ РОЗЖИГ КОТЛА» 59
ПРИЛОЖЕНИЕ И. АЛГОРИТМ ФГ «ОСТАНОВ КОТЛА» 61
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕКТЕ АВТОМАТИЗАЦИИ 9
1.1 Краткая характеристика объекта 9
1.2 Анализ оборудования 9
Выводы по первой главе 11
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНО ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ РОЗЖИГА ПАРОВОГО ГАЗОВОГО КОТЛА .... 12
2.1 Назначение проектирования программно-технического комплекса для
автоматизации розжига котла 12
2.2 Цели проектирования программно-технического комплекса для
автоматизации розжига котла 12
2.3 Требования к программно-технического комплексу для автоматизации
розжига котла 12
2.3.1 Общие требования к программно-технического комплекса
автоматизации розжига котла 12
2.3.2 Технологические защиты 14
2.3.3 Алгоритмы функционально-группового управления 15
2.3.4 Требования к структуре и функционированию программы и
системы для автоматического розжига котла 15
2.3.5 Требования к режимам функционирования программы и системы
автоматического розжига котла 17
2.3.6 Требования к надежности программы и системы автоматического
розжига котла 17
2.3.7 Требования к надежности программно-технического комплекса
автоматизации розжига котла 20
2.3.8 Требования к сохранности информации при авариях 21
2.3.9 Требования к средствам защиты от внешних воздействий 21
2.3.10 Требования к физическим каналам аналоговой информации 22
2.3.11 Требования по электропитанию технических средств ПТК 22
2.4 Выбор технических средств автоматизации процесса 22
Выбор промышленного логического контроллера 22
2.4.2 Выбор модулей ввода-вывода сигналов 23
2.4.3 Выбор датчиков и исполнительных механизмов 25
2.4.3.1 Датчик давления Метран-55 25
2.4.3.2 Расходомер Метран-150КБЛ 26
2.4.3.3 Блок газового оборудования Therminator T-5.630 GL.E 27
2.4.4 Выбор серверного оборудования для программно-технического
комплекса 28
2.4.5 Выбор АРМ для управления технологическими процессами 29
2.4.6 Выбор источника бесперебойного питания 30
2.4.7 Количество и стоимость технических средств автоматизации
процесса розжига котла 31
Выводы по второй главе 31
3 СХЕМА РАБОТЫ ПРОГРАММЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РОЗЖИГА ПАРОВОГО КОТЛА 31
3.1 Технологические защиты участвующие в работе автоматизации котла . 32
3.1.1 Требования к выполнению технологических защит котла 32
3.1.2 Перечень технологических защит котла 33
3.1.2.1 Технологические защиты, действующие на останов котла 33
3.1.2.2 Локальные технологические защиты котла (технологические
защиты горелки): 33
3.1.3 Технологические условия на срабатывание защит 33
3.1.3.1 Защиты, действующие на останов котла: 33
3.1.3.2 Локальные технологические защиты котла: 35
3.1.4 Действия, выполняемые технологической защитой 37
3.2 Логическое управление процессом розжига котла 37
3.2.1 Общие принципы проектирования управления и алгоритмов функционально группового управления 37
3.2.2. Описание работы алгоритмов функционально-группового управления 38
3.2.2.2 Алгоритм ФГ «Опрессовка газовой горелки котла» 40
3.2.2.3 Алгоритм ФГ «Автоматический розжиг котла» 41
3.2.2.4 Алгоритм ФГ «Останов котла» 42
3.3. Дистанционное управление механизмами 43
3.3.1 Краткое описание алгоритмов управления запорно-регулирующей
арматурой и механизмами собственных нужд 43
3.3.2 Условия управления запорной регулирующей арматурой и
механизмами собственных нужд 43
3.3.2.1 Запорная арматура Г-1 43
3.3.2.2 Отсечной автоматический клапана на газе к котлу 43
3.3.2.3 Предохранительно-запорный клапан №1 43
3.3.2.4 Предохранительно-запорный клапан №2 44
3.3.2.5 Клапан свечи безопасности 44
3.3.2.6 Клапан опрессовки ГГ 45
3.3.2.7 Электромагнитный клапан защитно-запального устройства. .. 45
3.3.2.8 РТГ на газе к котлу 45
3.3.2.9 НТВ к горелке 46
Выводы по третьей главе 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 49
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 51
ПРИЛОЖЕНИЯ 52
ПРИЛОЖЕНИЕ А. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПТК 52
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ОБЩАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗЦИИ СИСТЕМЫ 53
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ . 54
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. АЛГОРИТМ ФГ «ВЕНТИЛЯЦИЯ ТОПКИ» 55
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. АЛГОРИТМ ФГ «ОПРЕССОВКИ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ КОТЛА» 56
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. АЛГОРИТМ ФГ «АВТОМАТИЧЕСКИЙ РОЗЖИГ КОТЛА» 59
ПРИЛОЖЕНИЕ И. АЛГОРИТМ ФГ «ОСТАНОВ КОТЛА» 61
В связи с выводом из эксплуатации устаревшего оборудования, поставляющего пар для собственных нужд энергообъекта, не имеющего целесообразных причин капитального ремонта, встал вопрос о новом источнике пара и теплофикации. В связи с этим было принято решение по строительству пусковой отопительной котельной.
Паровая котельная — это установка для производства пара, который используется для различных технологических процессов. Принцип работы котельной основан на процессе сгорания топлива: нефть, газ, уголь, который нагревает воду в котле до парообразного состояния.
Применяют автоматизированные технологии для того, чтобы повысить качество пара и уменьшить возникновение опасных и аварийных ситуаций на объекте.
Автоматизация технологического процесса - это совокупность методов и средств, предназначенная для реализации систем, позволяющих осуществлять управление производственным процессом без непосредственного участия человека, но под его контролем.
Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, улучшает условия труда и техники безопасности.
Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием [1].
На паровых котлах газовые горелки являются одним из важных элементов, требующие строгого соблюдения «Правил безопасности сетей газораспределения и газопотребления». Внедрение программы и системы автоматического розжига котлов позволит выполнить данные правила, обеспечив оперативный персонал своевременной, достоверной и достаточной информацией о ходе технологического процесса и состоянии основного оборудования, повысит надежность работы оборудования благодаря использованию передовых технологий контроля и управления, а также уменьшит вероятность ошибочных действий персонала.
Объект исследования - процесс розжига ГГ на котле ПОК.
Предмет исследования - программно-технический комплекс для автоматизации розжига котла ПОК.
Паровая котельная — это установка для производства пара, который используется для различных технологических процессов. Принцип работы котельной основан на процессе сгорания топлива: нефть, газ, уголь, который нагревает воду в котле до парообразного состояния.
Применяют автоматизированные технологии для того, чтобы повысить качество пара и уменьшить возникновение опасных и аварийных ситуаций на объекте.
Автоматизация технологического процесса - это совокупность методов и средств, предназначенная для реализации систем, позволяющих осуществлять управление производственным процессом без непосредственного участия человека, но под его контролем.
Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, улучшает условия труда и техники безопасности.
Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием [1].
На паровых котлах газовые горелки являются одним из важных элементов, требующие строгого соблюдения «Правил безопасности сетей газораспределения и газопотребления». Внедрение программы и системы автоматического розжига котлов позволит выполнить данные правила, обеспечив оперативный персонал своевременной, достоверной и достаточной информацией о ходе технологического процесса и состоянии основного оборудования, повысит надежность работы оборудования благодаря использованию передовых технологий контроля и управления, а также уменьшит вероятность ошибочных действий персонала.
Объект исследования - процесс розжига ГГ на котле ПОК.
Предмет исследования - программно-технический комплекс для автоматизации розжига котла ПОК.
В данной работе рассмотрены вопросы автоматизации процесса розжига котла, монтируемого для ПОК. Программа и система автоматического розжига котла проектируется с целью приведения котлоагрегата и его систему управления в соответствие с требованиями федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности сетей газораспределения и газопотребления» от 15 декабря 2020 года N 531. Без выполнения требований данных правил, эксплуатация котлоагрегата котельной запрещена. Что приводит к невозможности эксплуатировать котельную в следствии чего отсутствует поставка пара на пусковые операции энергоблока. В следствии чего объект несет убытки за задержку поставляемой мощности.
Автоматизация розжига котла позволяет обеспечить полное соблюдение технологии розжига, избежать ошибок в действиях оператора при выполнении пусковых операций котла. Обеспечивает операторов своевременной и достоверной информацией о ходе технологических процессов.
Еще одним достоинством автоматизации розжига котла является обеспечение безопасности оборудования и персонала, за счет соблюдений требований и правил по взрывобезопасности. Что приводит к уменьшению количества аварий и несчастных случаев.
При проектировании автоматизации розжига котла подобраны технические средства автоматизации, удовлетворяющие требованиям нормативной документации и необходимым техническим характеристикам. Еще одним фактором технических средства стал проверенный временем опыт эксплуатации их в реальных производственных условиях, где уже была доказана надежность и качество данных технических средств.
Внедрение подобранных технических средств, так же обеспечит ряд преимуществ, а именно:
- увеличение точности измерения различных параметров и автоматизация процесса обработки полученных данных;
- путем внедрения ПЛК достигается повышение скорости, надежности и качества управления. Эта технология позволяет сократить время ответа системы, улучшить контроль за технологическим процессом и уменьшить вероятность ошибок в действиях;
- установка современного оборудования полевого уровня;
- обеспечение безопасного розжига с автоматической опрессовкой своих запорных устройств, при котором исключается вероятность загазованности в топке котла и «хлопка» газа при розжиге.
Для розжига котлоагрегата без автоматизации в ручном режиме уходит порядка около 45 минут. В это время входит подготовка котла к растопке: вентиляция топки минут, опрессовка ГГ минут, открытия всей арматуры, контроль факела и это все производится руками оператора или обходчика котельного отделения. Автоматизация процесса розжига позволяет сократить время растопки до 20 минут: 10 минут на вентиляцию и 5 минут работы алгоритма розжига. Таким образом время сокращается на 66 %, что позволяет сократить время выхода котла на нужные параметры пара и быстрее начать поставку пара на пусковые операции основного энергооборудования.
На основе подобранных технических средств, разработаны схемы
автоматизации от общего газового коллектора до горелки котла и структурная схема системы.
Согласно требованиям нормативной документации разработана и описана логика работы алгоритмов ФГУ, алгоритмов дистанционного управления. Описаны технические условия и действия, выполняемые технологическими защитами для котла ПОК согласно требованиям взрывобезопасности и руководящих документов.
Автоматизация розжига котла позволяет обеспечить полное соблюдение технологии розжига, избежать ошибок в действиях оператора при выполнении пусковых операций котла. Обеспечивает операторов своевременной и достоверной информацией о ходе технологических процессов.
Еще одним достоинством автоматизации розжига котла является обеспечение безопасности оборудования и персонала, за счет соблюдений требований и правил по взрывобезопасности. Что приводит к уменьшению количества аварий и несчастных случаев.
При проектировании автоматизации розжига котла подобраны технические средства автоматизации, удовлетворяющие требованиям нормативной документации и необходимым техническим характеристикам. Еще одним фактором технических средства стал проверенный временем опыт эксплуатации их в реальных производственных условиях, где уже была доказана надежность и качество данных технических средств.
Внедрение подобранных технических средств, так же обеспечит ряд преимуществ, а именно:
- увеличение точности измерения различных параметров и автоматизация процесса обработки полученных данных;
- путем внедрения ПЛК достигается повышение скорости, надежности и качества управления. Эта технология позволяет сократить время ответа системы, улучшить контроль за технологическим процессом и уменьшить вероятность ошибок в действиях;
- установка современного оборудования полевого уровня;
- обеспечение безопасного розжига с автоматической опрессовкой своих запорных устройств, при котором исключается вероятность загазованности в топке котла и «хлопка» газа при розжиге.
Для розжига котлоагрегата без автоматизации в ручном режиме уходит порядка около 45 минут. В это время входит подготовка котла к растопке: вентиляция топки минут, опрессовка ГГ минут, открытия всей арматуры, контроль факела и это все производится руками оператора или обходчика котельного отделения. Автоматизация процесса розжига позволяет сократить время растопки до 20 минут: 10 минут на вентиляцию и 5 минут работы алгоритма розжига. Таким образом время сокращается на 66 %, что позволяет сократить время выхода котла на нужные параметры пара и быстрее начать поставку пара на пусковые операции основного энергооборудования.
На основе подобранных технических средств, разработаны схемы
автоматизации от общего газового коллектора до горелки котла и структурная схема системы.
Согласно требованиям нормативной документации разработана и описана логика работы алгоритмов ФГУ, алгоритмов дистанционного управления. Описаны технические условия и действия, выполняемые технологическими защитами для котла ПОК согласно требованиям взрывобезопасности и руководящих документов.
