ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
2849
Сурет 2. КҦТЖ басқару комплексі
Қорытынды, қазіргі кезде КҦТЖ-ні басқару технологиясының жҥзеге асырылуы және теориялық зерттеуі перспективті зерттеу бағытына жатады және эксплуатация кезіндегі кҥрделі жҥйелердің функционалды сапасының талаптарына сай болуын қамтамасыз етеді.
Қолданылған әдебиеттер тізімі
1. Воронов А.А., Рутковский В.Ю. «Современное состояние и перспективы развития адаптивных систем» // Вопросы кибернетики: Проблемы и практики адаптивного управления. М.,1985.
2. Петров Б.Н. и др. «Принципы построения и проетирования самонастраивающихся систем управления». М.,1972.
3. Фрадков А.Л. «Адаптивное управление в сложных системах». М.,1990.
4. http://www.dissercat.com/content/matematicheskoe-modelirovanie-organizatsionno- tekhnicheskikh-sistem-verkhnego-urovnya
УДК 658.512:621.311.22
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАРОВОДЯНОГО ТРАКТА КОТЛА ТГМ-96Б В СРЕДЕ TIAPORTAL
Атамуратова Кымбат Рахметовна [email protected]
Студентка 4 курса Алматинского университета энергетики и связи, Алматы, Казахстан Научный руководитель – проф. С.Г.Хан
Данная работа посвящена разработке автоматизированной системы управления (АСУ) пароводяным трактом котла ТГМ-96Б с использованием интегрированной среды программирования TIAPortal v12, в том числе разработке системы регулирования и структурной схемы программно-технического комплекса (ПТК). Работа выполнялась в
2850
рамках НИРС на кафедре «Инженерная кибернетика» Алматинского университета энергетики и связи.
Автоматизированная система управления позволяет контролировать технологические параметры, положение клапанов и текущее состояние системы, контролировать аварийное состояние технологических параметров, просматривать изменение параметров во времени в графическом и цифровом виде, а также просматривать архивы изменения параметров и формировать отчеты. Применение АСУ позволяет вести более надежный и экономичный режим работы котлоагрегатов.
В настоящее время АСУ находит все большее применение в промышленности с использованием свободно-программируемых логических контроллеров. На рынке Казахстана существуют множество фирм-производителей контроллеров, среди которых наиболее популярным и надежным является немецкая фирма Siemens. В разрабатываемой АСУ применяется контроллер серии S7-300 и интегрированная среда разработки программного обеспечения TIAPortal V12 (Totally Integrated Automation Portal) для создания SCADA - системы. Totally Integrated Automation Portal представляет собой единую программную платформу для разработки проектов PLC и HMI в составе SIMATIC STEP 7 V12 и SIMATIC WinCC V12 и является последней разработкой фирмы Siemens в настоящее время.
Объектом автоматизации является котельный агрегат ТГМ - 96Б с естественной циркуляцией, который предназначен для получения пара высокого давления при сжигании в виде факела жидкого топлива (мазута) или природного газа.
Котельный агрегат имеет П-образную компоновку и состоит из топочной камеры, являющейся восходящим газоходом и опускной конвективной шахты, разделенной на два газохода. Переходной горизонтальный газоход практически отсутствует. В топочной камере размещены испарительные экраны и радиационный пароперегреватель.
На рисунке 1 представлена упрощенная технологическая схема ТЭЦ, которая отображает состав основного оборудования и взаимосвязь ее систем. По этой схеме можно проследить общую последовательность протекающих технологических процессов.
Контуром автоматизации является пароводяной тракт котла ТГМ-96Б, который является составной и особо важной частью котлоагрегата. Состоит из экономайзера, барабана, конденсатора и пароперегревателей.
Каналом регулирования является температура воды в пароперегревателе.
Автоматическая система регулирования температуры перегрева пара предназначена для поддержания заданного температурного режима в паровом тракте котла. С этой целью весь паровой тракт котельного агрегата разбивается на ряд участков. На выходе каждого из них должно поддерживаться заданное значение температуры.
При регулировании температуры перегрева пара смешиванием в пар впрыскивается конденсат, либо вводится пар с меньшей энтальпией. Принцип действия впрыскивающего пароохладителя основан на изменении энтальпии частично перегретого пара за счет теплоты, отбираемый от него на испарение охладителя, впрыскиваемого в паровой тракт пароперегревателя. Регулирование температуры пара при выходе из пароперегревателя осуществляется изменением количества впрыскиваемого охладителя. За счет этого изменяется температура пара при выходе из пароперегревателя. Впрыскивающие пароохладители устанавливаются в одном из промежуточных сечений пароперегревателя.
Для получения хорошего качества регулирования температуры пара используют три впрыска.
2851
Рисунок 1-Упрощенная технологическая схема ТЭЦ Обозначения на схеме:
1. ХВО - химводоочистка
2. ПД – подогреватель дистиллята 3. Д - деаэратор
4. Г – генератор 5. Т/А – турбоагрегат 6. СК – стопорный клапан
7. ЦВД – цилиндр высокого давления
8. ЦНД – цилиндр низкого давления
9. К – конденсатор турбины 10. КН – конденсатный насос 11. ПНД – подогреватель низкого
давления
12. ПЭН – питательный электронасос
13. Б- барабан котла
14. г/а –горелочные аппараты 15. СУП - сниженный узел питания 16. ПП – пароперегреватели
17. ОТ – отпускные трубы 18. ЭТ –экранные трубы 19. НК – нижние коллекторы 20. ВЭ – водяной экономайзер 21. РВП – регенеративный
воздухоподогреватель 22. ДС – дымосос
23. ДВ – дутьевой вентилятор 24. Зеленый поток-подпиточная
химочищенная вода
25. Оранжевй поток-насыщенный пар
26. Красный поток-перегретый пар
2852
На рисунке 2 приведена принципиальная схема автоматического регулирования температуры перегрева пара.
Рисунок 2 - Принципиальная схема автоматического регулирования температуры перегрева пара:
1 – экономайзер, 2 – барабан котла, 3 – первая (радиационная) ступень пароперегревателя, 4 –вторая (потолочная) ступень пароперегревателя,10-третья (конвективная) ступень пароперегревателя 5 – впрыскивающий пароохладитель, 6 – дифференциаторы, 7 – регуляторы, 8 – исполнительные механизмы, 9 – клапаны впрыска, 11-кондесатор, 12-конденсатосборник.
Dпв –расход питательной воды, Dск - расход собственного конденсата, Dпп – расход перегретого пара, θ1, θ2, θ3 –температуры пара за первой, второй и третьей ступенью пароперегревателя, θ1’, θ2’, θ3’ – скорость изменения температуры пара после первого, второго и третьего впрыска.
Функция АСУ пароводяного тракта котла заключается в непосредственном измерении входных сигналов, полученных от первичных преобразователей, и принятия решения об управлении параметрами технологического процесса.
АСУ ТП котла имеет трехуровневую иерархическую архитектуру (рисунок 3):
‾ Нижний уровень представлен датчиками и исполнительными механизмами;
‾ Средний уровень – программируемыми логическими контроллерами;
‾ Верхний уровень системы – резервируемыми АРМ (автоматизированное рабочее место) операторов.
Рисунок 3-Структурная схема АСУТП
2853
Вся автоматизированная система управления технологическими процессами котлоагрегата включает в себя:
‾ контроллер «S7-300», обеспечивающих функции информационно-вычислительной системы (ИВС);
‾ Коммуникационные процессоры для подключения SIMATIC S7-300 к Industrial Ethernet;
‾ Аналоговые модули ввода SM 331 AI 8×ТС, SM 331 AI 8×RTD, обеспечивающие связь с объектом, а также подготовку информации для решения задач контроля, реализуемых на верхнем уровне АСУ ТП;
‾ Дискретный модуль вывода SM322 DO 32 x DC 24v. Модуль предназначен для преобразования внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. Модуль имеют 32 выходных канала. Напряжение питания составляет 24в.
‾ Дискретный модуль ввода SM321 DI 32 x DC 24v. Модуль имеют 32 входных канала.
Напряжение питания составляет 24в.
‾ основной и дублированный источник питания Блок питания PS 405 10A R, обеспечивающие непрерывным питанием;
‾ Сетевые средства связи сети Industrial Ethernet (коммутаторы Scalance X208). Для организации резервируемой сети обмена данными между контроллером и операторской станцией [3].
‾ Панель оператора TP1200 Comfort [3].
Связь операторских станций с контроллером осуществляется с помощью сети Industrial Ethernet (рисунок 4). Коммутаторы Scalance X208 формируют Industrial Ethernet между входящими в состав АСУ ТП станциями управления и контроллером серии S7-300 CPU 313С-2 PtP с помощью стандартного ITP кабеля для Industrial Ethernet [3].
Рисунок 4- Связь операторской станции с контроллером
На рисунке 5 приведен разработанный интерфейс SCADA система пароводяного тракта, выполненная в интегрированной среде программирования TIAPortal V11, изображенная в виде мнемосхемы. SCADA содержит показания основных параметров пароводяного тракта, в виде аналогового сигнала, а также органы регулирования в виде клапанов, которые показывают процентное соотношение открытия клапана.
Ввод параметров регулирования температур насыщенного пара за счет впрыска и наблюдение можно отдельно увидеть, нажав на кнопку перехода ―регулятор1‖. При нажатии откроется отдельное окно (рисунок 6), на котором показаны ―Температура пара ширмы после 1-го впрыска‖, ―Параметры регулятора‖ и ―График температуры пара заданного и измеренного‖. В качестве регулятора выбран импульсный регулятор, так как пароводяной тракт является инерционным объектом. Регулятор настраивается определенными вводимыми параметрами, которые также изображены на интерфейсе. При показании датчика температуры пара значений вне диапазона (427 20)°С, срабатывает регулятор в виде импульсов в сторону понижения или увеличения температуры, что можно увидеть на
2854
нижнем графике. Также высвечивается зеленым цветом выход регулятора, который показывает в большую или меньшую сторону работает регулятор.
Рисунок 5 –SCADA-система пароводяного тракта – основное окно
Рисунок 6 –Регулятор 1
Таким образом, в данной работе разработана SCADA система в интегрированной среде разработки программного обеспечения TIAPortal c применением контроллеров фирмы Siemens SIMATIC серии S7-300. На диспетчерский пункт выведены основные технические параметры пароводяного тракта, а также органы регулирования.
Список использованных источников
1. Липатников Г.А., Гузеев М.С. Автоматическое регулирование объектов Теплоэнергетики. Учебное пособие. Владивосток 2007.
2. Инструкция по эксплуатации котлоагрегатов типа ТГМ-96 Б ст. № 9÷13 ТИ 03-035- 13
3. Интернет-ресурс: официальный сайт фирмы Siemens http://www.siemens.com
