Проектирование АСУТП котла ПТВМ-30М

Содержание
Введение..........................................................................................................
1. Анализ современного состояния автоматизации котлоагрегатов.......
1.1 Характеристика объекта автоматизации.......................................... 11
1.2 Анализ методов и средств автоматизации........................................
1.3 Требования к автоматизации котла ПТВМ-30М-2...........................
2. Разработка требований к АСУТП котла ПТВМ-30М-2.........................
2.1 Назначение и цели создания АСУТП................................................
2.1.1 Назначение АСУТП.................................................................. 16
2.1.2 Цели создания системы.............................................................
2.2 Требования к системе в целом...........................................................
2.3 Требования к функциям, выполняемым системой...........................
2.3.1 Требования к составу функций управления АСУТП.............
2.3.2 Требования к составу функций дистанционного
управления................................................................................ 18
2.3.3 Требования к составу и функций технологических защит и
блокировок................................................................................
2.3.4 Технические условия на выполнение технологических защит
и блокировок.............................................................................
2.3.4.1 Защиты, действующие на останов котла....................
2.3.4.2 Защиты, действующие на прекращение подачи
топлива к котлу или горелке........................................
2.3.5 Действия защит при останове котла.......................................
2.3.6 Блокировки котла...................................................................... 22
2.4 Требования к видам обеспечения......................................................
.4.1 Требования к техническому обеспечению..............................
2.4.1.1 Требования к архитектуре АСУТП.............................
2.4.1.2 Требования к техническим средствам........................
2.4.2 Требования к математическому обеспечению........................
2.4.3 Требования к информационному обеспечению......................
2.4.4 Требования к человеко-машинному интерфейсу (ЧМИ).......
2.4.5 Требования к программному обеспечению.............................
2.4.6 Требования к программному обеспечению верхнего уровня
управления................................................................................ 30
2.4.7 Требования к организационному обеспечению......................
3. Разработка проектных решений АСУТП...............................................
3.1 Проектные решения п
функционально-алгоритмической структуре АСУТП...............................................................................
3.2 Проектные решения по структуре комплекса технических средств
АСУТП................................................................................................ 35
4. Разработка программного обеспечения управления розжигом горелок......................................................................................................
4.1 Постановка задачи разработки ПО....................................................
4.2 Разработка алгоритма решения задачи.............................................
4.3 Выбор средств программирования....................................................
4.4 Разработка программы контроллера.................................................
4.5 Разработка визуализации SCADA.....................................................
5. Оценка экономической эффективности АСУТП...................................
5.1 Цели и задачи дипломного проекта.................................................. 46
5.2 Определение затрат системы автоматизации..................................
5.2.1 Затраты на систему автоматизации..........................................
5.2.2 З/п работников на разработку проекта....................................
5.2.3 Затраты на пусконаладочные работы..........................................
5.2.4 Издержки на амортизационные отчисления...........................
5.2.5 З/п обслуживающего персонала...............................................
5.2.6 Затраты на электроэнергию......................................................
5.2.7 Расчет прочих расходов............................................................
5.2.8 Затраты на ремонт..................................................................... 49
5.2.9 Процент по банковскому кредиту............................................
5.2.10 Итоговые эксплуатационные затраты................................... 50
5.3 Расчет показателей экономической эффективности........................
6. Безопасность жизнедеятельности...........................................................
6.1 Анализ работы котельной.................................................................. 52
6.2 Методика расчета выбросов вредных веществ в атмосферу...........
6.2.1 Выбросы двуокиси углерода (CO2)..........................................
6.2.2 Выбросы метана (CH4) и закиси азота (NO2)..........................
6.3 Оценка неопределенностей................................................................
6.4 Мероприятия по охране окружающей среды..................................
Заключение................................................................................................... 58
Принятые сокращения................................................................................. 59
Список литературы......................................................................................
Приложение А...............................................................................................
Приложение Б............................................................................................... 62
Приложение В...............................................................................................
Приложение Г............................................................................................... 82
Приложение Д...............................................................................................
Приложение Е............................................................................................... 8
1 Анализ современного состояния автоматизации котлоагрегатов

На сегодняшний день для управления котлоагрегатами используются
релейные системы управления, в большинстве своем реализованные еще во
время СССР. Процесс контролируется машинистом-оператором, который
смотрит на показания приборов и, в зависимости от поступаемых данных,
управляет регулирующими устройствами. [1]
1.1 Характеристика объекта автоматизации
Водогрейные газомазутные котлы типов ПТВМ-30М (КВ-ГМ-35-150М)
и ПТВМ - 30МC (КВ - ГМ-35-150М) предназначены для установки в
отопительных котельных в качестве основного источника теплоснабжения для
подогрева воды с 70 °С до 150 °С. Котлы - прямоточные с П -образной
сомкнутой компоновкой поверхностей нагрева.
Котлы выпускаются в трех модификациях:
- ПТВМ-З0М-2 - топливо природный газ
- ПТВМ-З0М-4 - топливо природный газ и мазут
- ПТВМ-З0МС - топливо природный газ и мазут
Топка котлов полностью экранирована трубами O60x3 мм,
расположенными с шагом S=64 мм, и оборудована шестью газомазутными
горелками, установленными встречно на боковых стенках
Диапазон регулирования нагрузки котлов 30 -100% от номинальной
теплопроизводительности.
Расход воды через котел должен поддерживаться постоянным, при
изменении тепловой нагрузки изменяется разность температур воды на входе
и выходе из котла.
Конвективные поверхности нагрева расположены в конвективном
газоходе с боковыми стенками, экранированными трубами O28x3 мм,
расположенными с шагом S=128 мм, которые являются коллекторами для U -
образных ширм, выполненных из труб O28x3 мм. Ширмы установлены таким
образом, что трубы образуют конвективный шахматный пучок с шагами S1=
64 мм и S2=40 мм. Задняя стенка конвективного газохода экранирована
трубами O60x3 мм, расположенными с шагом S=64 мм.
Качество сетевой и подпиточной воды должно соответствовать
требованиям ГОСТ 108.030.047-81.
Трубная система котла ПТВМ-30М опирается на каркасную раму на
отметке 5,14 м. Котел ПТВМ - 30МC имеет усиленный каркас, трубная система
которого подвешивается с помощью тяг. [3
Табл.1 - Технические характеристики котла ПТВМ-30М-2[4
Примечание: при первом пуске котла в эксплуатацию гидравлическое
сопротивление не должно превышать 0,25 (2,5) МПа (кгс/см2).
Технологическая схема котлоагрегата ПТВМ-30М-2 представлена в
приложении А.
1.2 Анализ методов и средств автоматизации
Автоматизация котельных – это комплекс мероприятий по установке
устройств, которые помогут исключить непосредственное участие персонала в
работе оборудования и установок, установленных в котельной.
Автоматизация позволяет избавиться от непосредственного контроля
людьми технологического оборудования и процесса.
Этот комплекс мероприятий повышает качественно надежность и
эффективность работы оборудования, сокращается обслуживающий персонал,
достигается повышение коэффициента использования оборудования
котельной и как следствие уменьшается расход горючих материалов.
Перед началом работ по автоматизации оборудования необходимо
составить проект автоматизации котельной. В этом проекте должно быт ь
отображено, какое оборудование требует замены или модернизации, перечень
необходимых устройств подлежащие приобретению. Необходимо проверить
соответствие всех работающих устройств возможности функционирования в
автоматическом режиме. Составленный проект должны подписать
руководство котельной и организации, которая берется за выполнение таких
работ.
Он подлежит согласованию в надзорных службах, таких как,
энерготехнадзор, санэпиднадзор, архитектурной службой, экологической.
Так как полная автоматизация это большой и объемный комплекс работ,
то на практике начинают автоматизировать каждую котельную установку
поэтапно.
Автоматизация котельных установок подразумевает установку всего
комплекса регулирующих и контролирующих устройств. Эти устройства
должны быть установлены на каждом узле, открывающие или
перекрывающие подачу: газа, воздуха, электроэнергии. При отсутствии в
любой из магистралей подающегося энергоносителя, автоматика должна
моментально отреагировать и отправить нужные команды на другие
исполнительные узлы. Все контролирующие и регулирующие устройства
устанавливаются с учетом того, чтобы получать команды в последующем от
программного центра. Обязательно необходимо предусмотреть вариант
временного использования автономного энергообеспечения.
Автоматизация газовой котельной включает комплекс управляющих
блоков:
 Блок управления заслонкой газа и контроля загазованности в
котельной. Устанавливается газовый сигнализатор и контролер уровня газа в
помещениях котельной. При поступлении сигнала загазованности ,
срабатывают все заслонки на закрытие подачи всех энергоносителей. работа
котельной останавливается.
 Блок управления подающими насосами. В штатном режиме автоматика
самостоятельно переключает разные насосы на подачу газа и воздуха,
обеспечивая смену режимов работы - отдыха. Но в случае перегрева какого - то
узлов или изменении условий прохождения носителя будет выполнено
аварийное переключение.
 Блок контроля и управления рециркуляции. Контролирует температуру
на входе и выходе котлов. Уровень температур может изменяться с пульта
управления.
 Блок управления подпиткой котлового контура. В случае падения
давления обратного потока воды включается насос подпитки. При падении
уровня подачи воды, подается сигнал об отсутствии воды.
 Блок регулирования температуры отопления в зависимости от
климатических условий. Условия задаются программой автоматически и
корректируются в зависимости от наружного воздуха.
 Модуль контроля пожарной и охранной сигнализации.
 Блок сбора информации. Программа контроля, согласно протокола
обмена, периодически автоматически опрашивает приборы и выводит
информацию на пульт управления оператора и сохраняет в специальном блоке
памяти.
Все данные о состоянии оборудования, авариях, температурах, уровнях
потоков энергоносителей выводятся на компьютер диспетчера в реальном
времени.
Для надежной работы такой сложной системы должно быть составлено
программное обеспечение для автоматизации котлов и котельной в целом. [5]
1.3 Требования к автоматизации котла ПТВМ-30М-2

Системы автоматизации котельных должны контролировать и регулировать:
- Температуру подаваемой воды;
- Температуру выбрасываемых отработанных газов;
- Температуру пара;
- Давление воды в котле;
- Давление подаваемого топлива;
- Давление подаваемого воздуха;
- Расход пара;
- Уровень расхода топлива;
- Расход воды;
- Расход электричества;
- Наличие пламени на горелках;
- Уровень давления подающегося газа;
- Падение давления воздуха;
- Отсутствие циркуляции воздуха;
- Прекращение подачи любого из энергоносителей. [5]

Автоматика котла при работе на газовом топливе в соответствии с
руководством по эксплуатации на котел, правилами безопасности ПБ 12 -529-
03 и ПБ 10-574-03, СНиП II-35-76 должна обеспечивать:
- автоматическую проверку герметичности газовых клапанов;
- автоматический розжиг горелок котла;
- защитное отключение горелок при наступлении одного из событий:
- повышении/понижении давления газа перед горелкой;
- понижении давления воздуха перед горелкой;
- понижении разряжения в топке;
- понижении/повышении давления воды на выходе котла;
- понижении расхода воды через котел;
- погасании факела в топке;
- прекращения подачи электроэнергии или исчезновения напряжения на
устройствах дистанционного и автоматического управления и средствах
измерения.
- послеаварийную вентиляцию топки не менее 10 минут.
Кроме реализации всех обязательных требований желательно и
следующее:
- автоматическое регулирование мощности котла;
- автоматическое плавное регулирование:
- соотношения топливо/воздух;
- разрежения в топке котла;
- температуры воды поступающей на вход котла;
- управление и защита котла при работе на резервном жидком топливе.
2 Разработка требований к АСУТП котла ПТВМ-30М-2

На данном этапе формируется техническое задание (ТЗ) к проекту. В
соответствии с ГОСТ 34.602-89[6] ТЗ на АС содержит следующие разделы,
которые могут быть разделены на подразделы:
- общие сведения;
- назначение и цели создания (развития) системы;
- характеристика объектов автоматизации;
- требования к системе;
- состав и содержание работ по созданию системы;
- порядок контроля и приемки системы;
- требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта
автоматизации к вводу системы в действие;
- требования к документированию;
- источники разработки.

Однако, в дипломном проекте, за отсутствием прямой необходимости,
будут оформлены следующие разделы ТЗ:
- назначение и цели создания системы;
- требования к системе в целом;
- требования к функциям (задачам), выполняемым системой;
- требования к видам обеспечения;

2.1 Назначение и цели создания АСУТП

2.1.1 Назначение АСУТП

АСУТП предназначена для организации автоматизированного
управления технологическим процессом котлоагрегата ПТВМ-30М-2 с
операторского пульта.
В рамках системы должны решаться задачи обеспечения персонала
расширенным объемом оперативной информации о параметрах
технологического процесса и совершенствования алгоритмов управления.

2.1.2 Цели создания системы

Разработка АСУТП котлоагрегата определяется технико-экономической
целесообразностью и обеспечивает:
- повышение оперативности и надежности контроля и управления;
- сокращение ручных операций, предотвращение ошибок оперативного
персонала;
- выполнение полного состава автоматизированных функций
управления, предъявляемых к современным АСУТП;
- управление котлоагрегатом в процессе пуска и при работе на
номинальных параметрах с автоматизированного рабочего места
(АРМа) машиниста котла;
- повышение технико-экономических показателей работы котлоагрегата
за счет расширения полноты состава и качества выполнения функций
автоматизированного управления;
- своевременное представление технологической информации оператору
о состоянии оборудования в удобном для анализа виде.

2.2 Требования к системе в целом
АСУТП котлоагрегата должна проектироваться как трехуровневая,
иерархическая информационно-управляющая система, базирующаяся н
современных аппаратно-программных средствах, обеспечивающих
взаимодействие обслуживающего персонала с технологическим
оборудованием ПК.
При создании АСУТП котлоагрегата для технологического объекта,
должен быть предусмотрен минимальный набор аппаратных средств
управления и представления информации, обеспечивающих возможность
ведения технологического процесса по заданным критериям и режимной
карте котлоагрегата.
Контроллерное оборудование, входящее в состав системы
автоматизации, должно предусматривать возможность организации локальной
вычислительной сети, в которую должны включаться другие системы,
функционирующие на котлоагрегате.
АСУТП должна обеспечить выполнение всех функций в соответствии с
требованиями согласно настоящих технических требований.
Задачами АСУТП должны быть:
- осуществление дистанционного управления запорно-регулирующей
арматурой (ЗРА) газового, газовоздушного и водяного трактов;
- непрерывный контроль параметров газопровода, водяного,
газовоздушного трактов, за работой каждой горелки, состояния
исполнительных органов и механизмов котла;
- автоматическое регулирование параметров;
- выполнение технологической защиты и блокировок.

Основными средствами отображения информации и оперативного
управления АСУ ТП должны быть мониторы АРМа оператора и связанная с
ними функциональная клавиатура, относящихся к ПТК АСУТП.
С АРМ оператора должны управляться с использованием виртуальных
панелей управления (ВПУ) ЗРА, механизмы и технологическое оборудование.
2.3 Требования к функциям, выполняемым системой
Управление оборудованием АСУТП котлоагрегата
должна осуществлять в следующих режимах:
- автоматизированном - по заданным алгоритмам управления;
- дистанционного управления с пульта;
- ручного управления по месту.
2.3.1 Требования к составу функций управления АСУТП
Состав функций АСУТП должен включать:
- информационные функции в соответствии с требованиями к АСУТП;
- функции дистанционного управления установленного состава
запорной, регулирующей арматуры и механизмов котла;
- функции автоматического регулирования заданных технологических
параметров с воздействием на регулирующие клапаны, задвижки;
- функции программного логического управления операциями пуска и
останова установок пылеприготовления;
- функции технологических защит и блокировок оборудования;
- функции предупредительной и аварийной сигнализации.....