Управление соотношением черного щелока и воздуха подаваемых в топку СРК.

Данное устройство обеспечивает надежность и безотказность в работе, в то же время отличаясь удобством монтажа и эксплуатации. Особенности:Оптимизированная работа на линейных клапанахПревосходные возможности по диагностике и хранению данныхВозможность локальной и удаленной настройкиПростота интерпретации данных диагностикиНизкий расход воздухаНадежная и прочная конструкцияВозможность самодиагностики устройстваДиагностика в режиме реального времени, диагностика рабочих параметров и передачи данных Основные технические характеристики электропневматического позиционера Neles NDX1511 приведены в таблице 5.2. Таблица 5.3 – Технические характеристики NDX1511Входной сигнал4-20 мА / HartПневматический приводОдностороннего действияПневматическая мощность80 Нм3/чДиапазон температур-40…+85 ºСДляуправлениясоотношением топливо –воздух при подаче в котел СРКнеобходимисполнительныймеханизмуправленияклапаном.Исполнительныемеханизмыпостояннойскоростипредназначеныдляпреобразованияэлектрическогосигналауправляющегоустройствавперемещениерабочегооргана.Исполнительныемеханизмыпозволяют:автоматическое,дистанционноеилиручноеуправлениерабочиморганом;автоматическийилидистанционныйостановрабочегоорганавлюбомпромежуточномположении;позиционированиерабочегоорганавлюбомпромежуточномположении;формированиеинформационногосигналаоконечныхипромежуточныхположенияхрабочегооргана.НаРисунок5.5показанмеханизмэлектрическийисполнительныйоднооборотный[18].Принципработыданногоустройствазаключаетсявпреобразованииэлектрическогокомандногосигналапоступающегоотрегулирующегоилиуправляющегоустройствововращательноеперемещениевыходноговала.Выберем пневматический исполнительный механизм MetsoAutomation серии B1J с возвратной пружиной. Приводы данной серии являются пневматическими поршневыми приводами, предназначенными для регулирования и отсечки. Принцип действия данного привода следующий: рычажный механизм преобразовывает линейное движение поршня во вращательное движение приводного вала на 900. В приводе типа B1J пружина расположена со стороны поршня. Вторичная ось привода, управляемая пружиной, крутится по часовой стрелке. В этом случае поршень двигается в направлении конца цилиндра.Обычно тип B1J применяется для работы в режиме – пружина закрывает, (закрывает регулирующий клапан). Основные технические характеристики приведены в таблице 5.3 Таблица 5.3 Технические характеристики пневматического поршневого привода B1J12 и B1J16Наименование параметраЗначение параметраЗначение параметраДавление на входе2,8…10 бар 2,5…10 барТемпература окружающейсреды-20…+70С -20…+70СНоминальный момент при максимальном давлении питания:300 Нм B1J12)600 Нм B1J16)Рабочийобъём3,6 л (B1J12)6.7 л(B1J16)Масса 57кг (B1J12)100кг(B1J16)Регулирующий органПроведем сравнительную характеристику двух регулирующих органов серии клапан Neles серииLW и электромагнитного клапана 85000 Buschjost с принудительным подъемом резьбовое присоединение[11].Сведём технические данные приборов в единую таблицу 5.4Таблица 5.4 Технические характеристики сегментного клапана Neles серии LWи электромагнитногоклапаа 85000 BuschjostПараметр85000 BuschjostNeles серии LWКонструкция корпусаФланцевые/ межфланцевыеБезфланцевыеКласс давления корпусаPN 10-40 / ASME, класс 150-300PN 10-40Диапазон размеровDN 25-800 / 1’’ -32’’DN 80-1000Диапазон температур-50…+425 ºС-200…+600 ºСВ качестве регулирующего органа возьмем регулирующий клапан сегментный серии LW. Это экономичные и высокопроизводительные регулирующие клапаны для жидкости, газа, пара и пульпы, гарантирующие высокую пропускную способность и широкий диапазон регулирования. Клапаны серииLW отличаются небольшим весом, низким крутящим моментом и производятся в диапазоне размеров от 1" до 32".Процесс горения контролируется по анализу продуктов сгорания, на основании которого определяется коэффициент избытка воздуха в топке и газоходах СРК. Для анализа дымовых газов применяются химические, термокондуктивные, термомагнитные, хроматографические и масс-спектрометрические газоанализаторы. Подробное описание этих приборов приведено в работе [2]. Поэтому рассмотрим основные принципы, на которых основаны различные методы определения состава дымовых газов, а также преимущества и недостатки этих методов.Принцип действия термокондуктивных газоанализаторов основан на зависимости теплопроводности от состава газов. Если принять теплопроводность воздуха за единицу, то теплопроводность углекислого газа при температуре 100 0С равна 0,7, а водорода 7,1. Принципиальной измерительной схемой термометрического газоанализатора (Рисунок 13) является неуравновешенный мост, работающий на постоянном токе. Все плечи моста выполнены из платины и имеют равные сопротивления. Тепло от нагретой нити передается через слой анализируемого газа или эталонного воздуха к стенкам камеры. Для повышения чувствительности прибора два противоположных плеча омываются анализируемым газом, а два других - воздухом.5.2ВыборПТКЛинейка ПЛК “Siemens” представлена логическими контроллерами LOGO [26], которые подходят для создания средств автоматизации и замены таймеров, реле времени и т.д., предусмотрено расширение за счет различных модулей.Модуль LOGO BASIC соответствует преъявляемым требованиям к необходимому функционалу. Он обладает в своем составеЖК-дисплеем, который может использоваться как для вывода контролируемых параметров, в соответствии с программой работы ПЛК, так и обеспечивает возможность настройки или программирования модуля.Центральные ПЛК могут получать питания от источников со следующими напряжениями: +24В, +12 +24В, ~24В, ~115~240В.Контроллер оборудован следующими портами, предназначенными для организации связи, а также для программированияLOGO либо Ethernet. В модулях LOGO BASIC ЖК дисплей обеспечивает возможность показывать до 4-х строк буквенно-цифровых строк до 12 символов на строку.Программирование модуля осуществляется на языке FBD. Технические характеристики базового модуля представлены в таблице 5.4.Таблица 5.4 – Технические характеристики LOGO!24RCE:Рассматриваемый логический контроллер типа SiemensLOGOобладает 24 дискретными входами, а также 16-ти дискретных выходов. Имеются реле для коммутации током до 10А. Аналоговые входы/выходы в шкале 0-10В, либо 4-20мА. Не более 8 аналоговых входов и 2 аналоговых выходов. При проектировании автоматизированных систем управления на базе логических контроллеров SiemensLOGO следует применять в качестве основного компонента базовый модуль, а в случае необходимости расширить функционал системы, увеличить количество дополнительных входов/выходов путем подключения дополнительных модулей. Для данной системы управления, в соответствии с требованиями ТЗ следует использовать Siemens LOGO! 24 RCE с дисплеем и клавиатурой управления. Модули расширенияДанные дополнительные модули необходимы для расширения функциональных возможностей проектируемой системы управления, например, модули расширения позволяют повысить количество входных или же выходных сигналов управления.Любой базовый модуль LOGOспособен коммутировать до 8 различных модулей расширения. Это позволяет значительно расширить коммутационные возможности базового модуля.При выполнении данного проекта автоматизации содорегенерационного котла в соответствии с требованиями ТЗ и схемой автоматизации требуется подключать к базовому модулю следующие модули расширения:Модуль расширения для ввода аналоговых сигналов температуры LOGO!AM2 PT100;Модуль расширения для ввода/вывода дискретных сигналов LOGO! DM8 24;Текстовый дисплейLOGO TD.Далее представлены характеристики указанных модулей расширения.Модуль ввода аналоговых сигналов LOGO!AM2 PT100При необходимости подключения датчиков температуры, которые имеют аналоговых выход сигнала следует применять данный модульбкоторый спроектирован для применения непосредственно с аналоговыми преобразователями температуры в составе ПЛК LOGO.Технические параметры модуля представлены в таблице 5.5Таблица 5.5 – Технические характеристики LOGO!AM2 PT100:Модуль ввода-вывода дискретных сигналов LOGO!DM8 24Данный модуль расширения позволяет увеличить количество сигнальныхлиний с дискретными сигналами управления.Модуль обеспечивает до 8 дополнительных входных линий и до 4 – выходных сигналов управления. Так как для управления исполнительными механизмами требуется прменять подключения типа «сухой контакт», то соответственно используем модуль с реле в выходных каналах.Таблица 5.6 – Технические характеристики LOGO!DM8 24R:Текстовый дисплей LOGO TDДля обеспечения возможности настройки, управленияи индикации режимов работы, проектируемая система имеет в своем составе текстовый дисплей LOGOTD. Данный ЖК дисплей может быть использован как для контроля и мониторинга за состоянием выбранных параметров, так идля настройки режимов работы всей системы управления.Выбор обусловлен тем, что данный дисплей специально разработан для использования совместно с ПЛК SiemensLOGO! и имеет необходимые коммутационные разъемы.Характеристики4 строки, до 24 символов в каждой6 стандартных и 4 параметрируемых клавишОтображение информации в виде символов или гистограмм.Программирование до 50 сообщенийПоддержка кириллицы в сообщениях и меню настроекПодключение к базовому модулю LOGO! кабелем длиной 2,5 м (макс. длина 10 м)Рис. 5.6 – Текстовый дисплей LOGO TD 5.3РазработкатехническойструктурыАСУТПВ ЦБП и энергетике нашли широкое применение трехуровневые АСУТП, в которых 1-й уровень представляет собой объект управления с полевой автоматикой (датчики, регулирующие органы, исполнительные механизмы); 2-й уровень – это контроллер или контроллеры, осуществляющие формирование управляющих сигналов, сбор и передачу информации на верхний уровень АСУТП; 3-й, или верхний, уровень – это операторская станция с автоматизированными рабочими местами (АРМ) операторов-технологов.Верхний уровень: Пульт оператора.Внешний вид логического модуля LOGO! и модуля расширения с обозначениями основных цепей приведены на Рис. 5.7.Рис. 5.7 – Расположение интерфейсных разъемовОписание схемы принципиальнойДискретные входы. Используемые дискретные входы контроллера А1 имеют обозначение I1–I6.Дискретные выходы. Дискретные выходы контроллера представляют собой контакты электромагнитных реле.Для связи дискретных выходов с исполнительными механизмами используется набор клеммников Х3 и X4, соответственно.Аналоговые входы. Подключение датчика температуры производится при помощи модуля LOGO! AM2 Pt-100. Для подключения преобразователя температуры (ТД) используются входы M1+, M1-, IC1.Питание контроллера DD1 и блока питания DA1 осуществляется напряжением ~90…264 В через набор клеммников Х1. Подключение питания системыПитание контроллера выполняется от внешних источников питания 24 В. Для питания ПЛК LOGO используем блок питания LOGO! Power =24 В/ 2.5 А, 60 ВтПараметры данного БП представлены в таблице 5.7Таблица 5.7 – Технические характеристики блока питания LOGO! Power 60 ВтВ ПЛК в модуль аналогового сигнала подается информация о заданной величине температуры черного щелока перед подачей его в топку котла с ОС в виде унифицированного аналогового сигнала 4-20 мА. Затем этот сигнал выходит из модуля аналогового сигнала и следом идет на электропневматический позиционер NDX1511. Электропневматический позиционер устанавливает на приводе B1J12 позицию клапана, соответствующую заданной степени открытия m.Термопреобразователь сопротивления преобразует информацию о температуре черного щелока в унифицированный аналоговый сигнал 4-20 мА, который передается в ПЛК, где обрабатывается с заданной величиной.Перенос информации в ручном режиме о состоянии давления с ЭР на ОС осуществляется при помощи USB-накопителя. Также эта информация, как и информация о степени открытия регулирующего клапана, отображается на промышленном щите. Разработка программы функционирования ПЛКОбласть ввода/вывода ПЛК включают в себя (дискретные и аналоговые) входыи выходы, модули расширения функционала (в том числе организующиеобмен информацией между ПЛК и отдельными приборами и устройствами,связанными по сети с ПЛК). Обмен данными программа ПЛК осуществляетчерез область ввода/вывода (%I и %Q). При рассмотрении алгоритма программы необходимо иметь в виду, что она выполняется циклически. Цикл ее выполнения определяется в меньшей степени работой программного обеспечения контроллера и в большей степени – временем выполнения программы пользователя, которое во многом зависит от длины ее кода. Соответственно, с такой же периодичностью повторяется опрос всех контролируемых датчиков. Логические ветвления в программе, выполнение или невыполнение тех или иных действий, определяются установкой маркеров, готовностью узлов и выходом режимов работы на установленные значения.Программа управления системой автоматизации состоит из двух блоков. Первый блок реализует управление выходными дискретными сигналами в соответствие с алгоритмом, описывающим технологический процесс сжигания черного щелока.(рисунок 5.8 )Рисунок 5.8 – Блок первый программы управления АСУВторой блок реализует функции работы с текстовым дисплеем LOGO! TD (Рисунок 5.9):Отображение заданных параметров;Изменение пороговых значений датчиков;Запуск и останов системы;Сигнализация аварийного режима работы при низком уровне давления пара.Работа программы циклическая, т.е. она не имеет останова. После подачи питания контроллер производит измерение аналоговых величин и опрос дискретных датчиков. В зависимости от конфигурации входных сигналов, производится включение/отключение выходных сигналов управления.Так, для включения клапана подачи воды в котел КЛ1 необходимо достижение на преобразователе AL1 температуры в 4500С. При этом терморегулятор B003 формирует низкий уровень на выходе и включает клапан КЛ1 Q1. Для инвертирования сигнала управления используется логический элемент НЕ B029. Для нормирования сигнала с термодатчика используется нормирующий усилитель B018, приводящий диапазон изменения показаний датчика к диапазону изменения температуры в 0СДля включения ТГ1 необходимо наступление нескольких событий одновременно:Достижение заданной температуры(B003);Наличие достаточного уровня давления щелока (сигнал B009);Отсутствие сигнала с выключателя аварийного останова I5;Объединение данных сигналов производится с помощью элемента И (B004), при этом сигнал аварийного останова I5 подается на инвертированный вход элемента.Открытие и закрытие клапанов КЛ2 (Q2) и КЛ3 (Q3) производится в зависимости сигналов с датчиков Д1(I1), Д3(I3) и ДД (АL2).при этом управление происходит клапаном КЛ2 (Q2), а клапан КЛ3(Q3) включается инвертированным сигналом управления (B023) для клапана КЛ2(Q2). Включение КЛ2(Q2) происходит при достижении уровня датчика ДД(AL2) и УР3(I3)(высокий уровень на выходе В009 и I3), отсутствии сигнала датчика УР1(I1)(низкий уровень сигнала с I1 поданный на инверсный вход В005) Рисунок 5.9 – Блок второй программы управления АСУВключение системы в рабочем режиме производится нажатием на клавишу F1 базового блока управления. Нажатие формирует высокий уровень сигнала на выходе элемента В021(текстовое сообщение).На рисунке 5.10 представлен внешний вид текстового сообщения, выводимого на дисплей. В стартовом меню представлены текущие пороговые значения датчика температуры и давления. Из данного меню можно перейти в режим настройки, нажав клавишу F2 на клавиатуре базового блока LOGO! Basic 24 RCE. Запуск системы управления осуществляется нажатием на клавишу F1.Рисунок 5.10 – Начальное меню управления АСУИнформация, выводимая на дисплей в режиме работы, представлена на рисунке 5.11.Рисунок 5.11 – Выводимая информация в работы системыВ меню настройки предлагается изменить пороговые значения температуры и давления(рисунок 5.12). Изменять параметры предлагается нажатием клавиш F3 и F4. На встроенном дисплее базового блока отображаются текущие параметры датчиков.Рисунок 5.12 – Меню настройкиПри возникновении аварийной ситуации(снижении уровня жидкости в накопителе до уровня УР3) срабатывает сигнализация. При этом начинает мигать подсветка дисплеев, как LOGO! TD? так и встроенного.(Рисунок 5.13)Рисунок 5.13 – Сигнализация аварийного режимаЗаключениеВходевыполнениявыпускной квалификационной работыбылопроведеноисследованиетехнологическогопроцессаподготовкичерногощелокаксжиганиювсодорегенерационномкотлоагрегате,атакжерассмотренывозможностипоавтоматизацииданногопроцесса.ЗадачейавтоматизацииработыСРКявляетсяподдержаниеоптимальныхпараметровТПсжиганиячерногощелоканаопределенном,напередзаданномзначении,втомчислеиуправлениесоотношениемчерногощелокаивоздуха,подаваемыхвтопкуСРК,чтонеобходимодлякачественногопроцессасжиганиячерногощелокавтопкеСРК.Длястабилизациипроцессасжиганиячерногощелоканеобходимообеспечитьподачуеговтопкукотласопределеннойтемпературой,давлениемисопределеннымсоотношениемвоздуха.Спомощьюсистемыавтоматизацииреализуетсяиндикацияпараметровпроцессанаоператорскойстанции,атакжевозможностьизмененияснеёнастроекрегулятораизаданиясистемы.Системаавтоматическогорегулированияпризванаповыситьтехническиеиэкономическиепоказатели.Длярешенияпоставленнойзадачибылипредложенысовременныепрограммируемыелогическиеконтроллеры.ВотчетепроведенанализнаиболеепопулярныхПЛКразличныхпроизводителей,проанализированыихдостоинстваинедостатки,разработаныпринципиальныесхемы,конструкция.ПрипроектированиииспользоваласьсовременнаяэлементнаябазапроизводствакомпанииSiemens,атакжеприменялисьпоследниедостиженияпроектированияАСУ.В результате проведённой работы была предложена техническая реализация системы управления. Использование панели оператора и пульта управления на базе программируемого контроллера LOGO! 24RCE, а также замена старых показывающих приборов на новые цифровые позволили существенно повысить надёжность автоматизированной системы, увеличить наглядность процесса, минимизировать размер технологического оборудования и существенно сократить число импульсных линий. Впроцессереализациипроектабыли выполнены следующие работы:Проведенанализобъектаавтоматизации,выделенывозможныепутиавтоматизации.Наосновепроведённогоанализа,разработанаструктурнаясхемасистемы,атакжеструктураотдельныхблоковсистемы.Составленалгоритмфункционированияпрограммыуправлениясистемой управления соотношением черного щелока и воздуха, подаваемых в топку содорегенерационного котла.Длярешенияпоставленнойзадачибылииспользованысовременныепрограммируемыелогическиеконтроллеры.ВработепроведенанализнаиболеепопулярныхПЛКразличныхпроизводителей,проанализированыихдостоинстваинедостатки,разработаныпринципиальныесхемы,конструкция.ПрипроектированиииспользоваласьсовременнаяэлементнаябазапроизводствакомпанииSiemens,атакжеприменялисьпоследниедостиженияпроектированияАСУ.СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВБуйлов Г.П., Доронин В.А., Серебряков Н.П. Автоматизированные системы управления теплоэнергетическими процессами и процессами отрасли: учебное пособие. СПбГТУРП. – СПб., 2001. – 116 с.Волошенко А.В., Горбунов Д.Б. Проектирование систем автоматического контроля и регулирования Учебное пособие. - 2-е изд. - Томск, ТПУ, 2011. - 108 с.Григорай О.Б., Иванов Ю.С., Комиссаренков А.А., Смолин А.С. Газификация черного щелока сульфатного производства: учебное пособие /СПбГТУРП. - СПб., 2011.- 106 с.: ил. 29.Елизаров И.А., Третьяков А.А., Пчелинцев А.Н. и др. Интегрированные системы проектирования и управления: SCADA-системы Учебное пособие. — Тамбов: Издательство ФГБОУ ВПО "ТГТУ", 2015. — 160 с.Зверева Э.Р., Фарахов Т.М. Энергоресурсосберегающие технологии и аппараты ТЭС при работе на мазутах Под ред. А.Г. Лаптева. - Москва, Теплотехник, 2012. - 181 с.Минаев И.Г., Самойленко В.В. Программируемые логические контроллеры. Практическое руководство для начинающего инженера Учебное пособие. - Ставрополь: АГРУС, 2010. — 100 с. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы: В 3 т.; Т.2. Производство сульфатной целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1990. 600 с.Проектирование 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.Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ.пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов и др.; Под ред. А.С. Клюева.Промышленные контроллеры. Оборудование для АСУ ТП – Каталог №6/2006.Регенерация химикатов и тепла в содорегенерационных котлоагрегатах. Устройство и диагностирование: учеб.пособие / В.П. Сиваков, А.В. Вураско, В.И. Музыкантова. Урал.гос. лесотехн. ун-т. − Екатеринбург, 2015. 141 с.Липовков И.З. Содорегенерационные котлоагрегаты. М.: Лесн. пром-сть, 1977. 224 с.Липовков И.З. Сжигание сульфатного щелока. М.: Лесн. пром-сть, 1979. 128 с.Сиваков В.П., Музыкантова В.И., Вураско А.В. Содорегенерационные котлоагрегаты. Технологическое и энергетическое назначение. Устройство и эксплуатация: метод.рекоменд. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. 28 с.Смоляницкий Б.З., Зайцев А.Н. Регенерация сульфатных щелоков. М.: Лесн. пром-сть, 1987. 312 с.Смородин С.Н., Иванов А.Н., Белоусов В.Н Содорегенерационные котлоагрегаты:учебноепособие/ГОУВПО СПб ГТУ РП. - СПб., 2010.-164 с.: ил. 50.Суриков В.Н., Буйлов Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств: учебно-методическое пособие. СПбГТУРП. – СПб., 2011, ч.I – 77с.Суриков В.Н., Малютин И.Б., Серебряков Н.П. Автоматизация технологических процессов и производств: учебно-методическое пособие по дипломному проектированию. СПбГТУРП. – СПб., 2011. – 66 с.