16383 Проектирование АСУ газовоздушным трактом парового котла ДКВР

Рисунок 4.13 – исходная КЧХ объекта регулирования по основному каналу, 2 – аппроксимирующая КЧХ объекта регулирования по основному каналуРисунок 4.14 – исходная КЧХ объекта регулирования по опережающему каналу, 2 – аппроксимирующая КЧХ объекта регулирования по опережающему каналуПередаточные функции объекта по опережающему каналу W1, по основному каналуW2 представлены следующими функциями:;.Структурный анализ системы управленияДля регулирования температуры пара на выходе котла применимдвухконтурную АСР с исчезающим сигналом из промежуточной точки (дифференциатором). Схема представлена на рис.4.15., Рисунок 4.15 – Двухконтурная схема регулирования температуры перегретого пара с дифференциатором. – передаточная функция ПИ-регулятора;W1(p) – передаточная функция объекта регулирования по основному каналу;W2(p) – передаточная функция объекта регулирования по опережающему каналу; – передаточная функция дифференциатора;Tзад – задание по температуре, оС;T’’кпп.– температура пара на выходе котла, оС;T’’по – температура пара за регенеративной установкой, оС;ε(t) – ошибка регулирования, оС;μ(t) – управляющее воздействие;γ(t) – внутреннее возмущение.Параметрический синтез и анализ показателей качества регулирования идеальной двухконтурной АСР с дифференциаторомРасчет оптимальных параметров настройки для двухконтурной АСР с дифференциатором проведен по методу МАЧХ при значении показателя частотной колебательности М=1.55.Рисунок 4.15 – Линия заданного запаса устойчивости регулятора.Рисунок 4.16 – Линия заданного запаса устойчивости дифференциатораПолучим следующие параметры настройки:Для регулятора:kp=12.15;Tи=15.39 с.Для дифференциатора:kдиф=0.025;Tдиф=20.56 с.Передаточная функция регулятора: .Передаточная функция дифференциатора: .С помощью VisSimреализуем модель системы регулирования температуры перегретого пара:Рисунок 4.17 –Модель двухконтурной АСР температуры перегретого пара с дифференциатором.Оценим реакцию системы на ступенчатое возмущение заданием (15С):Рисунок 4.18 – Переходный процесс при ступенчатом воздействии заданием (15оС)По графику переходной характеристики (рис.4.18) определим показатемкачества регулирования при возмущении заданием (15оС) [11]:Статическая ошибка регулирования: величина отклонения установившегося значения переходного процесса от значения сигнала задания. ; Динамическая ошибка регулирования: максимальное по модулю отклонение регулируемой координаты от установившегося значения за период наблюдения процесса. ;Степень затухания переходного процесса: ,где и – модумзначений первого и третьего отклонений регулируемой координаты от установившегося значения.;;Время регулирования:Время полувыбега:Линейный интегральный критерий:38.44;Квадратичный интегральный критерий: 732.15.Оценим реакцию системы на внутреннее возмущение (20%ХРО):Рисунок 4.19 – Переходная характеристика при ступенчатом внутреннем возмущении (20%ХРО)По графику переходной характеристики (рис.4.19) определим показателикачества регулирования при единичном ступенчатом воздействии по каналу внутреннего возмущения (20%ХРО) [11]:Статическая ошибка регулирования: величина отклонения установившегося значения переходного процесса от значения сигнала задания. ;Динамическая ошибка регулирования: максимальное по модулю отклонение регулируемой координаты от установившегося значения за период наблюдения процесса. ;Степень затухания переходного процесса:,где и – модулизначений первого и третьего отклонений регулируемой координаты от установившегося значения.;;Время регулирования:Время полувыбега:Линейный интегральный критерий:Квадратичный интегральный критерий:Параметрический синтез и анализ показателей качества регулирования реальной двухконтурной АСР с дифференциаторомВ среде имитационного моделирования VisSim построимдвухконтурную АСР температуры перегретого пара с дифференциатором с реальным регулятором (рис. 4.19.)Рисунок4.19 – Двухконтурная АСР температуры перегретого пара с дифференциаторомПодстроим параметры настройки регулятора:kp=12.5;Tи=14.8 с;ZON=2.24 С;Tф=0.15 c.Снимемпереходный процесс при возмущении заданием (15С) и сравним с переходным процессом снятым с АСР с идеальным регулятором (рис.4.20):Рисунок 4.20 – Переходный процесс снятый с двухконтурной АСР с дифференциатором при возмущении заданием (15С) 1- с идеальным регулятором, 2 – с реальным регуляторомПо графику переходной характеристики определим показателикачества регулирования при возмущении заданием (15С) [11]:Статическая ошибка регулирования: величина отклонения установившегося значения переходного процесса от значения сигнала задания. ; Динамическая ошибка регулирования: максимальное по модулю отклонение регулируемой координаты от установившегося значения за период наблюдения процесса. ;Степень затухания переходного процесса: ,где и – модулизначений первого и третьего отклонений регулируемой координаты от установившегося значения.;;Время регулирования:Время полувыбега:Линейный интегральный критерий: 51.14;Квадратичный интегральный критерий: 1932.78.Снимемпереходный процесс при внутреннем возмущении (20%) и сравним с переходным процессом снятым с АСР с идеальным регулятором (рис.3.17.):Рисунок 4.21. Переходный процесс снятый с двухконтурной АСР с дифференциатором при внутреннем возмущении (20%ХРО) 1- с идеальным регулятором, 2 – с реальным регуляторомПо графику переходной характеристики определим показателикачества регулирования при возмущении заданием (15С) [11]:Статическая ошибка регулирования: величина отклонения установившегося значения переходного процесса от значения сигнала задания. ; Динамическая ошибка регулирования: максимальное по модулю отклонение регулируемой координаты от установившегося значения за период наблюдения процесса.;Степень затухания переходного процесса: ,где и – модулизначений первого и третьего отклонений регулируемой координаты от установившегося значения.;;Времярегулирования:Времяполувыбега:Линейный интегральный критерий: 42.37;Квадратичный интегральный критерий: 212.08.5Эффективность системы автоматизации,5.1Экономическая, экологическая и социальная эффективность автоматизации;ФСА - это метод системного исследования функций объекта проектирования (в нашем случае АСУ), направленный на минимизацию затрат в сфере проектирования строительства, изготовления и эксплуатации АСУ при сохранении им даже повышении ее качества, полезности, надежности и безопасности.Анализ требований к разрабатываемой систему автоматизации работы парового котла ДКВР. Проектируемая АСУ должна:Обеспечивать поддержание в рабочей зоне температуры -1900С;Система должна обеспечивать постоянный контроль состава воздуха и при появлении признаков повышения концентрации продуктов горения отключать отопительные приборы и перекрывать топливную магистраль.Система должна обеспечивать звуковую и световую индикацию при отклонении показателей работы котла от заданных или изменении структуры воздуха. Вся информация должна отображаться на пульте управления в диспетчерской и должна быть доступна для редактированияФормирование целей и задачОсновная цель разработки АСУ – автоматизация парового котла.Дополнительные цели– поддержание заданной температуры, контроль концентрации вредных веществ в воздушной среде, отключение топливной магистрам при обнаружении утечки. Задачи, которые нужно решить:Разработка подсистемы контроля температуры;Разработка подсистем управления и сигнализации.Определение состава функций:Включение отопления при снижении температуры в отдельном помещении;Отключение отопления при превышении температурой заданного порога;Отключение отопления и перекрытие топливной магистрам при повышенной концентрации угарного газа в воздухе;5.2Расчет затрат на проектирование.Экономическая часть данного проекта представляет собой технико-экономическое обоснование, основной задачей которого является:определение величины затрат на разработку и изготовление системы управления;расчет себестоимости для определения экономического эффекта от использования в промышленном производстве основных и сопутствующих результатов, получаемых при решении поставленной задачи в данном проекте;Оценка эффективности принятого научно-технического решения должна быть комплексной. Для этого требуется провести ряд необходимых расчетов по определенной схеме. Найдём себестоимость нового варианта установки, для чего необходимо определить затраты на производство изделия. Они классифицируются по статьям расхода путём составления калькуляции затрат товарной продукции.Расчёт себестоимости разрабатываемой системы управления проведем по ценам на комплектующие, представленным в каталоге фирм «АГАВА» на сайте http://www.kb-agava.ru/и «ТЕРМОБРЕСТ» на сайте: http://www.termobrest.ru (см. таблицу 5.1).Стоимость требуемого сырья и материала составляет 6500 руб. (затраты на DIN – рельсы и доработку шкафа).Таблица 5.1 – Расчет стоимости требуемого оборудованияНаименованиеКол-воЦена за единицу, руб.Сумма руб.Головной модуль АГАВА 6432.10.3609018270Горелочный модуль6492029520Модуль питания3338010140Датчик пламени АДП-01328908670Датчик СТМ-305316015800Датчик температуры Метран 276 ТСПУ6272016320Преобразователь давления АДН 10.310285028500Итого:127220Таблица 5.2 – Расчет основной заработной платы.Вид работТрудоёмкость изделия по учётным нормам при расчёте ценнормо-часыСтоимость одного нормо-часа, руб.Сумма заработной платы, руб.Слесарные24160038400Электромонтажные16120019200Пуско-наладочные24180043200Итого: 100800Расходы на топливо и энергию со стороны составляют 15 % от расходов на сырьё, основные и вспомогательные материалы: Дополнительная заработная плата производственных рабочих для предприятий ЭТП устанавливается в размере 10 % от основной заработной платы. В нашем случае она составит: Отчисления от заработной платы на социальные взносы составляют 34 % от суммы основной и дополнительной заработных плат:Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования включают затраты на содержание, амортизацию и текущий ремонт оборудования и составляют 60 % от суммы основной и дополнительной заработных плат: К статье общепроизводственных расходов относятся затраты, связанные с управлением предприятием и организацией производства и применяются в размере 215 % от суммы основной и дополнительной заработных плат: .Цеховая себестоимость вычисляется как сумма затрат на материалы, комплектующие, топливо и энергию, основную и дополнительную зарплаты, отчисления на социальные взносы, расходы на оборудование и общепроизводственные расходы:Общехозяйственные расходы составляют 120 % от суммы основной и дополнительной заработных плат: Общезаводская себестоимость вычисляется как сумма цеховой себестоимости и общехозяйственных расходов: Коммерческие (внепроизводственные) расходы составляют 3 % от общезаводской себестоимости: Полная себестоимость разработанной части устройства вычисляется как сумма общезаводской себестоимости и коммерческих расходов: .Таблица 5.3 – Затраты на внедрение разрабатываемого оборудования.Статьи расходаСумма, руб.1. Сырьё и материалы65002. Покупные комплектующие изделия1272203. Топливо и энергия со стороны (15% от п.1)190834. Основная заработная плата1008005. Дополнительная заработная плата (10% от п.4)100806. Отчисления на социальные взносы (34% от п.4 + п.5)37699,27. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (60% от п.4 + п.5)665288. Общепроизводственные расходы (215% от п.4 +п.5)2383929. Цеховая себестоимость (п.1 + п.2+…+п.8)606302,210. Общехозяйственные (общезаводские) расходы (120% от п.4 + п.5)13305611. Общезаводская себестоимость (п.9 + п.10)739358,212. Коммерческие (внепроизводственные) расходы (3% от п.11)22180,74613. Полная себестоимость (п.11 + п.12)761538,955.3 Расчет экономического эффекта от внедрения новой разработкиРасчёт экономического эффекта от внедрения текущей разработки произведем по следующей формуле:, (5.1)где – совокупные затраты на разработку базового образца, руб.; – совокупные затраты на разработку нового образца, руб.;СБ – полная себестоимость базового образца, руб.; СН – полная себестоимость новой конструкции, руб.; ЕН – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; КБ – капитальные вложения на освоение базового образца, руб.; КН – капитальные вложения на освоение нового образца, руб.Для электротехнической промышленности ЕН = 0,15.На 2016 г. совокупные затраты на разработку базового образца составлям1272512 руб. Рассчитаем совокупные затраты на разработку нового образца.Полная себестоимость новой конструкции в соответствии с таблицей 5.3 составляют 761538,95руб. Капитальные вложения определяются по формуле: (5.2)где – затраты на приобретение оборудования по балансовой стоимости;– транспортно-заготовительные затраты; – затраты на установку, монтаж и наладку.Согласно п. 9 таблицы 5.3 затраты на приобретение оборудования равны 606302,2руб. Таким образом, капитальные вложения будут равны:руб.Исходя из полученных данных экономический эффект от внедрения новой разработки будет равен:руб.ЗаключениеВ результате выполнения данного курсового проекта была разработана автоматизированная система управления технологическим процессом работы парового котла серии ДКВР. В процессе реализации проекта было выполнено:Проведен анализ объекта автоматизации, выделены возможные пути автоматизации и составлено техническое задание на проект.На основе проведённого анализа и составленного ТЗ, разработана структурная схема системы, а также структура отдельных блоков системы.Составлен алгоритм функционирования программы управления системой. Для решения поставленной задачи былииспользованы современные программируемые логические контроллеры. При проектировании использовалась современная элементная база производства компании ООО КБ «Агава», а также применялись последние достижения проектирования АСУ.Разработанная система, помимо управления работой котлов, организует сбор, а также хранение, обработку и приведение производственных данных к удобному для восприятия виду для анализа технологических процессов предприятия на предмет их улучшения. Использование панелиоператора и пульта котла на базе программируемого контроллера «АГАВА», а также замена старых стрелочных приборов на новые цифровые позволим существенно повысить надёжность автоматизированной системы, увеличить наглядность процесса, минимизировать размер технологического оборудования и существенно сократить число импульсных линий. Кроме того, это позволило разместить все органы управления и отображения информации в одном месте (пультовой), а также повысить простоту и эффективность работы оператора.Разработанная архитектура системы полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫДенисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М. : Горячая линия — Телеком, 2008. - 608 с.Паровой котел ДКВР–Техническое описание. Режим доступа : http://nobeli.ru/katalog/item/95-odnohodovie-gazo-diselnie/dkvr.htmlФедотов А. В. Составление технического задания: Метод.указания. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1999. - 24 с.СНиП II-35-76 Котельные установкиПроектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1999.–464с.:ил.Мухин О.А. Автоматизация систем ТГВ. - М.: Стройиздат, 1988г.ПБ 12-529-03 «Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления» ПБ 10-574-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» Паровые и водогрейные котлы: учебное пособие/ В.Д. Галдин. - Омск: СибАДИ, 2011. - 47 с.Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие/Под ред. О.Н. Русака. – СПб.: Издательство “Лань”, 2003. – 448 с.Безопасность производственных процессов: Справочник/Под ред. С.В. Белова. – М.: Машиностроение, 1985. – 448 с.Субботина Л.Г. Технико-экономическое обоснование работ исследовательского характера – Северск: СГТИ, 2006.Микропроцессорное устройство управления котлами, печами, сушилками АГАВА 6432.10. Инструкция по монтажу и пусконаладкедополнение №1 АГСФ.421455.001Д1 /Редакция 4.12/ Екатеринбург 2012Микропроцессорное устройство управления котлами, печами, сушилками АГАВА 6432.10 Техническое описание АГСФ.421455.001ТО /Редакция 7.18/ Екатеринбург 2011Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. Справочник, под ред. А.Н. Баратова, М., 1987. А.Н. Боратов.СНиП 3.05.07-85 «Системы автоматизации» - М.: Стройиздат, 1986гФеткуллов М. Р. «Экономика систем ТГВ»-Ульяновск, 2007.СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение: Строительные нормы и правила. М., 2011.СанПиН 2.2.2.542-96. Нормы для операторов ЭВМ. Санитарные правила. М.: Информ.-изд. центр Минздрава России, 1997. НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности: Нормы пожарной безопасности. М., 2004. ГОСТ 12.1.006-84. Электромагнитные излучения. М.: Изд-во стандартов, 1985.ГОСТ 12.1.002-84. Электрический ток. М.: Изд-во стандартов, 1985Автоматизация объектов энергетики. КБ АГАВА. Режим доступа: http://www.kb-agava.ru/СП «ТЕРМОБРЕСТ». Режим доступа: http://www.termobrest.ru