Диспетчеризация и система автоматического управления котельной

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Физика
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

1,17 Мб
Опубликовано:

2012-11-02

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Диспетчеризация и система автоматического управления котельной

Введение

В настоящее время в России возникла ситуация, когда тепловые станции испытывают острую необходимость в модернизации технологического оборудования и особенно средств технологического контроля и управления. Оборудование большинства энергопредприятий эксплуатируется 15-20 и более лет, его физический ресурс исчерпан, оно морально устарело.

Наилучшим решением в этой ситуации является внедрение современного технологического оборудования, позволяющего максимально использовать возможности систем управления и тем самым добиться качественно нового уровня технологии.

Автоматизация производственных процессов, инженерного проектирования и многих функций управляющего персонала является одной из главных основ технического прогресса в отраслях промышленности. Именно автоматизация наряду с новыми технологиями способно многократно повысить производительность и качество на предприятиях, а также на всех этапах подготовки производства и в планово-экономических мероприятиях.

Комплексная автоматизация производства с применением робототехнических систем, с широким использованием вычислительной техники существенно облегчает человеческий труд. Благодаря автоматизации ликвидируется необходимость выполнения человеком однообразных, утомительных операций. Труд становится более интеллектуальным и интересным. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием.

Большое значение имеет также автоматизация с использованием роботов в аварийных ситуациях, при работе в экстремальной обстановке, где затруднено или опасно пребывание человека.

По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности.

Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Теплоэнергетика, отличающаяся широкой механизацией технологических процессов, высокими параметрами рабочей среды, требованиями к точности их регулирования, а также наличием собственного источника энергии, является той областью науки и техники, где постоянно находят приложения методы теории и новые технические средства автоматического управления.

Темой дипломного проекта является диспетчеризация и система автоматического управления Галачинской котельной.

Система диспетчерского контроля, а также и управления, в последнее время становится все более востребованной на предприятиях теплоэнергетики и не только.

Значительное число тепловых электростанций на территории стран СНГ испытывают острую необходимость в модернизации систем контроля и управления (СКУ) основного технологического оборудования. Это обусловлено, помимо моральной деградации, исчерпанием физического ресурса средств КИП и А, а также отсутствием запасных частей (большинство используемых приборов снято с производства). Радикальным решением проблемы является демонтаж существующей СКУ с заменой ее полномасштабной АСУ ТП (так называемый «бульдозерный » вариант). Однако он требует очень больших единовременных затрат, длительного простоя оборудования, серьезной подготовки персонала, что не всегда приемлемо, учитывая сегодняшние реалии в энергетике, а также ограниченный оставшийся срок эксплуатации основного оборудования. Вместе с тем существенное снижение остроты проблемы может быть достигнуто при внедрении относительно недорогих локальных наращиваемых информационно управляющих систем

(ИУС), которые бы «вписывались» в существующие СКУ с постепенным вытеснением по мере освоения и развития ее наиболее слабых узлов («безударный» вариант). В данном дипломном проекте рассматривается один из возможных примеров ИУС на основе SCADA-системы TraceMode 5.12 и резервированного комплекса МФК (многофункциональный контроллер), который собственно и будет производить управление всеми котлами и собирать информацию. Также в качестве устройств для сбора информации будет использоваться модули ввода-вывода I-7000.

В дипломном проекте рассматривается диспетчеризация котлотурбинного цеха. Рассмотрение мнемосхем в SCADA-системе для всех котлоагрегатов ограничено рамками дипломного проекта, поэтому применение Trace Mode в проекте, как и параметрический синтез, осуществлено только для котла БКЗ-75/39ФБ и в частности для регулятора питания, как самого важного во всей автоматической системе парогенератора.

котлотурбинный цех автоматизация регулятор

1. Описание технологического процесса

.1 Котлотурбинный цех и система теплофикации

Галачинская котельная (далее РГК) производит выработку тепловой энергии, которая отпускается потребителям в виде горячей воды и пара.

Исходным сырьем является бурый уголь Ирша-Бородинского месторождения Канско-Ачинского бассейна, Мугунский и Азейский уголь Азейского месторождения. В качестве растопочного топлива используется малосернистый мазут марки М100.

Котлотурбинный цех вырабатывает тепловую энергию. В котельном отделении установлено 2 паровых котлоагрегата типа БКЗ-75-39ФБ и 3 водогрейных котлоагрегата типа КВТК-100.

Технология выработки пара и горячей воды:

Подпиточная сырая вода, поступающая через насосную станцию на котельную вначале проходит химическую очистку воды и направляется в деаэратор сырой воды. Далее подпиточным насосом она подается на систему подогрева воды, предварительно смешиваясь с обратной водой. Подогрев состоит собственно из котлоагрегатов КВ-ТК-100 и теплообменников. Вода поступающая на водогрейные котлы подогревается прямоточным способом и подается в сеть теплоснабжения. Вода поступающая в теплообменники, греется паром производимым паровыми котлами БКЗ-75/39ФБ и далее также подается в сеть теплоснабжения. Вода с теплообменников также расходуется на собственные нужды и на калорифер для предварительного подогрева холодного воздуха.

1.2 Описание и устройство пылеугольного водогрейного котла КВ-ТК-100

Пылеугольный водогрейный котел типа КВ-ТК-100 тепловой производительностью 100 Гкал/час предназначен для снабжения горячей водой промышленных и жилищно-бытовых объектов. Котлы типа КВ-ТК-100 изготавливаются для работы в основном режиме. Предусмотрена возможность перевода котла для работы в пиковом режиме путем реконструкции внешних трубопроводов. Котел выполнен однокорпусным П-образной компоновки и предназначен для работы на Ирша-Бородинском буром угле.

Технические характеристики котла

Теплопроизводительность 100 Гкал/час

Температура воды на входе в основной пиковый режим 70 110

Температура воды на выходе из котла: 150

Давление (избыточное) максимальное 24

Расход воды через котел:

основной пиковый режим 1236 / 2475 т/час

КПД котла расчетный 89,9 %

Расход топлива 29,3 т/час

Котел КВ-ТК-100 оборудован восемью промежуточными щелевыми тангенциально установленными горелками. Горелки расположены двумя ярусами с экранированным промежутком между ними. Каждый угловой двухярусный блок питается аэросмесью от одной из мельниц-вентиляторов, расположенных в непосредственной близости от данного угла топки. канал вторичного воздуха нижних горелок встроены мазутные форсунки. Суммарная производительность всех мазутных форсунок обеспечивает нагрузку котле не менее 30% номинальной.

Конвективная шахта представляет собой опускной газоход с размещенными в нем поверхностями конвективной части и трубчатого воздухоподогревателя. Конвективная часть выполнена из блоков флажкового типа, змеевики которых, расположены параллельно фронту котла. Под конвективной частью расположен трубчатый воздухоподогреватель, скомпонованный по двухтопочной схеме.

Для удаления шлака, выпадающего из холодной воронки топочной камеры, под котлом размещена установка непрерывного механизированного шлакоудаления с непрерывной подачей воды.

Котельный агрегат оборудован четырьмя индивидуальными системами пылепреготовления с прямым вдуванием. Для подачи сырого топлива в мельницы применены 4 питателя сырого угля. Регулирование подачи топлива осуществляется изменением числа оборотов электродвигателя. Размол и сушка топлива производится в мельницах-вентиляторах типа МВ 1600/400/980. Сушка топлива производится топочными газами с присадкой уходящих газов. После мельниц аэросмесь поступает в инерционные сепараторы. В сепараторе из потока аэросмеси отделяются крупные фракции и возращаются на домол в мельницу. Изменение тонкости помола осуществляется с помощью поворота створок сепаратора. После сепаратора аэросмесь по пылепроводам подается в горелки.

Котельный агрегат оборудован одним дутьевым вентилятором типа ВДН-18. Регулирование производительности вентилятора осуществляется направляющим аппаратом осевого типа. Забор холодного воздуха производится из верхней части котельной или снаружи ее. Для отсоса дымовых газов на котле установлен один дымосос типа ДН-26*2-0,62.

Регулируемые параметры - нагрузка котла, КПД и разрежение в топке тесно связаны между собой. Регулирование этих параметров производится воздействием соответственно: на подачу топлива, воздуха, и эвакуацию продуктов сгорания.

1.3 Описание и устройство парогенератора БКЗ-75/39ФБ

.3.1 Устройство барабана парогенератора

Паровой котел представляет собой систему, состоящую из поверхностей нагрева, вспомогательных устройств, арматуры, органов и аппаратуры системы управления. Одним из главных, или основных устройств, входящих в объединенное понятие котел, является котлоагрегат (КА). Здесь описывается котлоагрегат типа БКЗ-75-39 ФБ. Первое число в обозначении парового котла после типа - паропроизводительность (т/ч), второе - абсолютное давление пара (Мпа, кгс/см2), далее - температура пара и промежуточного перегрева пара, затем проставляются буквы, обозначающие вид топлива и тип топки и, если котел работает с наддувом, добавляется буква Н.

Котельный агрегат БКЗ-75-39 ФБ однобарабанный, вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией предназначен для сжигания Ирша-Бородинских бурых углей. БКЗ-75-39 предназначен для выработки перегретого пара давлением 39 кГс/см2, температурой 440 оС, производительность по пару 75 т/ч. Компоновка котла БКЗ-75/39 выполнена по П-образной схеме. Топочная камера размещена в первом (восходящем) газоходе. В верхнем (поворотном) газоходе расположен пароперегреватель, во втором (нисходящем) газоходе расположен водяной экономайзер (теплообменник для предварительного подогрева воды подаваемой в паровой котел за счет теплоты отходящих газов) и воздухоподогреватель.

Котел имеет один барабан, предназначенный для разделения пароводяной смеси и барботажной (пропускание через жидкость газа или пара под давлением) промывки насыщенного пара питательной водой. Для прогрева нижней образующей полусферы барабана в начальный период растопки предусмотрен коллектор парового разогрева. Разогрев и расхолаживание обеспечиваются подводом насыщенного пара от любого работающего котла. Скорость разогрева и расхолаживания обеспечивается дросселированием пара в регулирующем вентиле на вводной линии разогрева (расхолаживания). Средний (нулевой) уровень воды в барабане находится на 200 мм ниже геометрической оси барабана. Для аварийного отвода воды при перепитках барабана предусмотрен трубопровод аварийного слива с установкой последовательно двух электрифицированных вентилей.

Подвод котловой воды из барабана котла к нижним камерам экранных блоков осуществляется по водоопускным трубам. Водоопускные трубы идут вдоль топки и обмурованы заодно с ней. К каждой камере фронтовых и тыловых экранных блоков котловая вода подводится по 4 трубам. К камерам боковых средних блоков котловая вода подводится по 6 трубам: 2-ве в „чистый“ отсек и 4-ре в „солевой“ отсек от выносных циклонов. К каждой камере боковых крайних экранных блоков котловая вода подводится по 2 трубам. Отвод пароводяной смеси от верхних камер экранных блоков осуществляется соответствующим количеством пароотводящих труб такого же размера.

В паровом пространстве барабана происходит объемная сепарация пара (отделение капелек воды из потока пара). Под потолком барабана установлена решетка, предназначенная для равномерного парораспределения по пароотводящим трубам. Из барабана сухой насыщенный пар отводится по пароперепускным трубам в камеры потолочного пароперегревателя.

Питательная вода в барабан котла подводится по трубам с фронтовой стороны. Внутри барабана вся питательная вода поступает в раздающий короб, откуда часть воды поступает непосредственно в водяной объем, а часть воды направляется на промывочный лист для барботажной промывки пара.

На котле имеется пароперегреватель (ПП), предназначенный для перегрева сухого насыщенного пара до номинальных параметров с целью получения максимального КПД на котле, турбоагрегате и всей паросиловой установки в целом. Конструктивно пароперегреватель расположен в верхней части КА. За пароперегревателем расположена поворотная камера, соединяющая горизонтальный газоход с конвективной шахтой. Конвективная шахта представляет собой опускной газоход с расположенными в нем поверхностями нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя. Водяной экономайзер предназначен для нагрева питательной воды до температуры близкой к температуре насыщения пара, воздухоподогреватель (ТВП) предназначен для подогрева воздуха, подаваемого в топку котла и необходимого для обеспечения процесса горения топлива. Питание КА водой осуществляется через узел питания, расположенный на основной отметке обслуживания КА. Узел питания оснащен двумя регуляторами питания: основным Ду225 поворотного типа и байпасным Ду100 шиберного типа.

Котел имеет один барабан (в соответствии с рисунком 1.1), предназначенный для разделения пароводяной смеси и барботажной промывки насыщенного пара питательной водой. Разогрев и расхолаживание обеспечиваются подводом насыщенного пара от любого работающего котла. Скорость разогрева и расхолаживания обеспечивается дросселированием пара в регулирующем вентиле на вводной линии разогрева (расхолаживания).

1.3.2 Описание технологического процесса парогенератора

Принципиальная схема технологического процесса, протекающего в барабанном паровом котле, показана на рисунке 1.2. Топливо поступает через горелочные устройства в топку 1, где сжигается обычно факельным способом. Для поддержания процесса горения в топку подается воздух в количестве Qв. Он нагнетается с помощью вентилятора ДВ и предварительно нагревается в воздухоподогревателе 9. Образовавшиеся в процессе горения дымовые газы Qг отсасываются из топки дымососом ДС.

Попутно они проходят через поверхности нагрева пароперегревателей 5, 6, водяного экономайзера 8, воздухоподогревателя 9 и удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Процесс парообразования протекает в подъемных трубах циркуляционного контура 2, экранирующих камерную топку и снабжаемых водой из опускных труб 3. Насыщенный пар Dб из барабана 4 поступает в пароперегреватель, где нагревается до установленной температуры за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами. При этом температура перегрева пара регулируется в пароохладителе 7 с помощью впрыска воды Dвпр. Этот пар используется для подогрева воды находящейся в резервуарах.

Основными регулируемыми величинами котла являются расход перегретого пара Dп. п., его давление pп.п. и температура tп.п. Расход пара является переменной величиной, а его давление и температура поддерживаются в пределах допустимых отклонений, что обусловливается требованиями заданного режима работы турбины или иного потребителя тепловой энергии.

Следует поддерживать в пределах допустимых отклонений значения следующих величин:

- уровня воды в барабане Hб - регулируется изменением подачи питательной воды Dп.в;

разрежения в верхней части топки Sт - регулируется изменением производительности дымососов, отсасывающих дымовые газы из топки;

оптимального избытка воздуха за пароперегревателем - регулируется изменением производительности дутьевых вентиляторов, нагнетающих воздух в топку;

солесодержания котловой воды (в пересчете на NaCl) - регулируется изменением расхода воды Dпр, выпускаемой из барабана в расширитель непрерывной продувки.

Перечисленные величины изменяются в результате регулирующих воздействий и под действием внешних и внутренних возмущений, носящих детерминированный или случайный характер.

Следовательно, котел как объект управления представляет собой сложную динамическую систему с несколькими взаимосвязанными входными, и выходными величинами. Однако явно выраженная направленность отдельных участков по основным каналам регулирующих воздействий, таким как расход воды на впрыск Dвпр - перегрев tп.п; расход топлива Bт - давление рп.п и др., позволяет осуществлять стабилизацию регулируемых величин с помощью независимых одноконтурных систем, связанных лишь через объект управления. При этом регулирующее воздействие того или иного участка служит основным способом стабилизации его выходной величины, а другие воздействия являются по отношению, к этому участку внутренними или внешними возмущениями.

Система управления барабанным котлом включает автономные АСР процессов горения, и парообразования, температур перегрева пара, питания и водного режима.

Различают следующие режимы работы парового котла:

1. Растопочный режим работы котла - режим работы с начала растопки котла (включение в работу мазутных форсунок), с включением котла в общую магистраль и с вводом в работу авторегуляторов, технологических защит и блокировок.

. Стационарный режим работы котла - основной режим нормальной работы котла на общую магистраль или, при котором все параметры работы оборудования находятся в пределах уставок технологических защит. Технологические защиты, блокировки и авторегуляторы введены в работу.

3. Работа котла на сниженных параметрах - не стационарная работа котла на пониженных параметрах перегретого пара, вызванная технологическими нарушениями в работе котельного или турбинного оборудования.

4. Котельный режим - одна из разновидностей стационарного режима, характерной особенностью которого является работа котла без турбогенератора.

. Режим останова котла - в зависимости от вида останова котла различают режим останова без ускоренного расхолаживания котла, с ускоренным расхолаживанием котла и паропроводов, плановый останов котла в резерв или ремонт со сработкой или без сработки угля из ПСУ, в зависимости от сроков простоя котла и аварийный останов котла.

6. Аварийный режим работы котла - непродолжительная работа котла с возможными ограничениями по параметрам перегретого пара и паровой нагрузке, вызванная технологическими нарушениями в работе котла, с целью устранения нарушений или подготовки и включения в работу резервного котла.

.3.3 Контур питания котлоагрегата

Автоматическая система регулирования питания предназначена для поддержания материального соответствия между расходами питательной воды в котел и нагрузке котла на пару. Регулятор питания построен по трёхмпульсной схеме. Входная информация регулятора - сигналы расход перегретого пара (Рп), расхода питательной воды (Fпв) и уровня воды в барабане (L).

2. Постановка задачи дистанционного контроля

Автоматизированная информационная система предназначена для организации сбора сигналов от датчиков нижнего уровня, последующей обработке сигналов и передачи их для организации контроля в диспетчерский пункт.

Для того чтобы обеспечить действенный контроль, необходимо своевременно получать информацию о значениях некоторых параметров.

Выход любого параметра за допустимые пределы сигнализируется визуально изменением цвета окна данного параметра на красный цвет и периодическое мигание на мониторе ЭВМ в диспетчерской, кроме того, это сопровождается звуковым сигналом. При срабатывании сигнализации диспетчер принимает решение по устранению проблемы. Помимо контроля состояния оборудования и параметров теплоносителя, оповещениях о сбоях в работе оборудования и нарушениях технологического режима автоматизированная система диспетчерского контроля также предназначена для накопления, хранения и оперативного предоставления всей полученной информации.

Немаловажным достоинством внедрения такой системы является сокращение обслуживающего персонала котлотурбинного цеха, что ведет к повышению годового экономического эффекта.

В последние годы быстрое совершенствование вычислительной техники привело к широкому использованию ее в различных отраслях промышленности. Большие возможности вычислительных устройств, выполненных на основе схем малой и средней интеграции, открыли перспективу построения контролирующих, регулирующих и управляющих систем. К основным требованиям, предъявляемым к системам автоматического регулирования и контроля, относятся: простота, удобство использования, безотказность, гибкость и экономичность. Простота и удобство использования связаны с необходимостью освоения систем без привлечения дефицитных высококвалифицированных специалистов.

Гибкость системы характеризуется ее способностью к модернизации.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени (или некоторой наработки).

Работоспособность - это такое состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, удовлетворяя требованиям нормативно-технической документации.

Выбор технического обеспечения для реализации информационной системы диспетчерского контроля будет рассмотрен далее.

3. Параметрический синтез системы автоматического регулирования

.1 Идентификация объекта управления методом интегральных площадей

В результате эксперимента получена переходная функция изменения уровня воды в барабане при скачкообразном изменении подачи питательной воды, которая представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Экспериментальная переходная характеристика

Выделим на экспериментальной кривой участка чистого запаздывания и пренебрежем им мин. Выбираем = 0,5 мин. интервал разбиения кривой.

Строим переходную характеристику в безразмерном виде /кривая разгона/ , где . Для этого значения в конце каждого интервала делим на . Получившиеся значения заносим в графу 2 таблицы 3.1. По данным этого столбика заполняем графу 4 настоящей таблицы и подсчитываем ее сумму .

Рисунок 3.2 - Кривая разгона в безразмерном виде

Таблица 3.1 - Расчетные данные разбиения кривой

t, минt, мин
1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
0	0	0	1	0	62,76	10,5	0,9806	0,0194	3,0262
1,11	0,5	0,0173	0,9827	0,1441	63,00	11	0,9844	0,0156	3,1703
6,27	1	0,0979	0,9021	0,2882	63,20	11,5	0,9874	0,0126	3,3144
13,28	1,5	0,2074	0,7926	0,4323	63,35	12	0,9899	0,0101	3,4585
20,63	2	0,3224	0,6776	0,5764	63,48	12,5	0,9919	0,0081	3,6027
27,58	2,5	0,4310	0,5690	0,7205	63,58	13	0,9935	0,0065	3,7468
33,79	3	0,5280	0,4720	0,8646	63,66	13,5	0,9948	0,0052	3,8909
39,16	3,5	0,6118	0,3882	1,0087	63,73	14	0,9958	0,0042	4,0350
43,69	4	0,6827	0,3173	1,1528	63,78	14,5	0,9966	0,0034	4,1791
47,48	4,5	0,7418	0,2582	1,2970	63,83	15	0,9973	0,0027	4,3232
50,60	5	0,7906	0,2094	1,4411	63,86	15,5	0,9978	0,0022	4,4673
53,15	5,5	0,8305	0,1695	1,5852	63,89	16	0,9982	0,0018	4,6114
55,24	6	0,8631	0,1369	1,7293	63,91	16,5	0,9986	0,0014	4,7555
56,93	6,5	0,8896	0,1104	1,8734	63,93	17	0,9989	0,0011	4,8996
58,30	7	0,9110	0,0890	2,0175	63,94	17,5	0,9991	0,0009	5,0437
59,41	7,5	0,9283	0,0717	2,1616	63,95	18	0,9993	0,0007	5,1878
60,31	8	0,9423	0,0577	2,3057	63,96	18,5	0,9994	0,0006	5,3319
61,03	8,5	0,9536	0,0464	2,4498	63,98	19	0,9996	0,0004	5,4760
61,61	9	0,9626	0,0374	2,5939	63,99	19,5	0,9998	0,0002	5,6201
62,08	9,5	0,9700	0,0300	2,7380	64,00	20	1	0	5,7642
62,45	10	0,9758	0,0242	2,8821

Найдем сумму столбца 4:

Определим площадь по формуле

(мин). (3.1)

Рисунок 3.3 - Вспомогательная функция

Строим вспомогательную функцию . /Значения берем из таблицы 3.1/

Выберем шаг и заполним таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Расчетные данные


1	2	3	4	5	6	7
0	1	1	1	1	1	1
0,144	0,9827	0,856	0,8411	0,7222	0,7096
0,288	0,9021	0,712	0,6421	0,4651	0,4196	0,4195
0,432	0,7926	0,568	0,4499	0,2288	0,1813	0,1805
0,576	0,6776	0,424	0,2870	0,0133	0,0090	0,0049
0,721	0,5690	0,279	0,1590	-0,1815	-0,1033	-0,1165
0,865	0,4720	0,135	0,0639	-0,3555	-0,1678	-0,2006
1,009	0,3882	-0,009	-0,0034	-0,5087	-0,1975	-0,2656
1,153	0,3173	-0,153	-0,0485	-0,6412	-0,2034	-0,3276
1,297	0,2582	-0,297	-0,0767	-0,7529	-0,1944	-0,3992
1,441	0,2094	-0,441	-0,0924	-0,8438	-0,1767	-0,4893
1,585	0,1695	-0,585	-0,0992	-0,9140	-0,1549	-0,6030
1,729	0,1369	-0,729	-0,0998	-0,9634	-0,1319	-0,7420

1,873	0,1104	-0,873	-0,0965	-0,9920	-0,1096	-0,9053
2,017	0,0890	-1,017	-0,0906	-0,9998	-0,0890	-1,0894
2,162	0,0717	-1,162	-0,0833	-0,9869	-0,0708	-1,2897
2,306	0,0577	-1,306	-0,0754	-0,9533	-0,0550	-1,5002
2,450	0,0464	-1,450	-0,0673	-0,8988	-0,0417	-1,7148
2,594	0,0374	-1,594	-0,0595	-0,8236	-0,0308	-1,9273
2,738	0,0300	-1,738	-0,0522	-0,7277	-0,0219	-2,1316
2,882	0,0242	-1,882	-0,0455	-0,6109	-0,0148	-2,3225
3,026	0,0194	-2,026	-0,0394	-0,4734	-0,0092	-2,4957
3,170	0,0156	-2,170	-0,0339	-0,3152	-0,0049	-2,6475
3,314	0,0126	-2,314	-0,0291	-0,1361	-0,0017	-2,7753
3,459	0,0101	-2,459	-0,0248	0,0637	0,0006	-2,8775
3,603	0,0081	-2,603	-0,0211	0,2842	0,0023	-2,9532
3,747	0,0065	-2,747	-0,0179	0,5256	0,0034	-3,0024
3,891	0,0052	-2,891	-0,0151	0,7877	0,0041	-3,0258
4,035	0,0042	-3,035	-0,0128	1,0706	0,0045	-3,0246
4,179	0,0034	-3,179	-0,0108	1,3742	0,0047	-3,0005
4,323	0,0027	-3,323	-0,0090	1,6986	0,0046	-2,9555
4,467	0,0022	-3,467	-0,0076	2,0438	0,0045	-2,8922
4,611	0,0018	-3,611	-0,0063	2,4097	0,0042	-2,8122
4,756	0,0014	-3,756	-0,0053	2,7964	0,0039	-2,7188
4,900	0,0011	-3,900	-0,0044	3,2039	0,0036	-2,6141
5,044	0,0009	-4,044	-0,0037	3,6321	0,0033	-2,4995
5,188	0,0007	-4,188	-0,0031	4,0811	0,0030	-2,3790
5,332	0,0006	-4,332	-0,0026	4,5509	0,0027	-2,2544
5,476	0,0004	-4,476	-0,0017	5,0414	0,0019	-1,7073
5,620	0,0002	-4,620	-0,0010	5,5527	0,0012	-1,1788
5,764	0	-4,764	0	6,0848	0	0

Подсчитаем сумму столбцов 4, 6 и 7

(3.2)

(3.3)

(3.4)

Определим интегральные площади

(3.5)

(3.6)

(3.7)

Площадь оказалась отрицательной; следовательно ее отбрасываем. Тогда структуру передаточной функции выбираем вида:

(3.8)

где: ;

(3.9)

Переходная кривая характеризуется наличием транспортного запаздывания .

Поэтому передаточную функцию объекта выбираем как произведение двух передаточных функций: , соответствующей запаздыванию и , соответствующей функции , для которой за начало отсчета принято время . Тогда передаточная функция объекта запишется так:

(3.10)

Результаты расчета величины погрешности сведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Величина погрешности расчета.

t	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5
0,744,9211,5218,926,0632,5238,1442,8946,8550,11
1,1613,32127,5833,839,1643,747,4850,6
,%-0,58-2,11-2,75-2,70-2,38-1,98-1,59-1,27-0,98-0,77

Расчет погрешности производился по формуле (3.11):

(3.11)

Вывод: Максимальная погрешность составила : , что ниже допустимой в 5%. Можно сделать вывод о том, что в данном случае метод интегральных площадей позволил найти точную передаточную функцию.

3.2 Выбор закона регулирования

Под выбором закона регулирования подразумевается выбор простейшего наиболее дешевого и простого в эксплуатации регулятора, обеспечивающего при различных возмущениях в заданных пределах динамическую ошибку, время регулирования и статическую ошибку. Следовательно, тип регулятора любой автоматической системы может быть определен либо по 3-м из этих показателей, либо по некоторым из них.

Тип автоматического регулятора (закон регулирования) выбирается с учетом свойств объекта регулирования и заданных параметров качества переходного процесса. К качеству регулирования каждого конкретного технологического процесса, имеющего присущие только ему особенности, предъявляются конкретные требования; в одних случаях оптимальным или заданным может служить процесс, обеспечивающий минимальное значение динамической ошибки регулирования, в других - минимальное значение времени регулирования, и т.д.

В данном случае это требование будет заключаться в минимальном значении времени регулирования. Для этого заранее выбирают в соответствии с требованиями технологии один из типовых переходных процессов:

1) Граничный апериодический.

2) С 20% перерегулированием.

3) С минимальной квадратичной площадью отклонения (40-45% перерегулирования.)

Выбор регулятора осуществляют в следующей последовательности.

Сначала проверяют - сможет ли простейший регулятор (И-регулятор) обеспечить заданное качество регулирования. Если да, то переходят к определению параметров его настройки. Если нет, то последовательно рассматривают регуляторы, имеющие более сложные законы. Выбор заканчивают, когда найден регулятор, обеспечивающий заданное качество регулирования. Затем находят значения параметров настройки этого регулятора.

Подбор регулятора начинают с определения максимального динамического отклонения регулируемой величины в замкнутом контуре - у1. При этом должны соблюдаться условия

, (3.12.)

где - максимально допустимое в системе регулирования динамическое отклонение выходной величины.

Для устойчивых объектов величина у1 определяется по равенству:

(3.13)

где - динамический коэффициент регулирования в системах с устойчивыми объектами;

- коэффициент передачи объекта по каналу регулирующего воздействия;

- регулирующее воздействие.

По значениям , определенным сначала для И - регулятора, по равенству (3.13) вычисляют значение у1 и сравнивают их с допустимым по условию. При удовлетворении этого условия И - регулятор проверяют на время регулирования . Если он не обеспечивает заданного динамического отклонения регулируемой величины в заданном контуре или необходимое время регулирования, то последовательно проверяют более сложные законы регулировании до удовлетворения условию (3.12).

В случае выбора П - регулятора дополнительно проверяют величину статической ошибки регулирования на соблюдения неравенства:

(3.14)

Статическую ошибку регулирования определяют по равенству:

(3.15)

Здесь - относительная величина статической ошибки регулирования, равные соответственно при и .

Проверку регуляторов на время регулирования выполняют в соответствии с условием:

(3.16)

где - заданное максимально допустимое время регулирование.

Значения , при которых в системе обеспечивается протекание заданного типового переходного процесса, находят по графикам.

Ориентировочно характер действия регулятора определяют по величине соотношения .

Если - позиционный регулятор.

Если - регулятор непрерывного действия.

Если - то выбирается многоконтурная система регулирования.

Для определения типа регулятора берем передаточную функцию 3-го порядка, полученную методом интегральных площадей :

(3.17)

Чтобы определить постоянные времени Т, найдем корни знаменателя передаточной функции:

Запишем знаменатель в виде :

Выделим единицу в каждой скобке и определим постоянные времени Т:

мин. мин. мин.

Выбираем максимальное Т = 2,2831 мин.

Определим характер действия регулятора:

Следовательно, выбираем регулятор непрерывного действия, так как: .

Теперь определим закон регулирования. Для того чтобы процесс был апериодический с минимальным временем регулирования воспользуемся следующими динамическими свойствами:

постоянная времени мин.;

время запаздывания мин;

коэффициент передачи объекта ;

однократное ступенчатое возмущение, приложенное к объекту .

К качеству процесса регулирования предъявим следующие требования:

. Максимальное отклонение уровня в барабане не должно превышать 15 мм, т.е. .

. Максимальное время регулирования мин.

Проверяем сначала И-регулятор на максимальное отклонение.

По номограмме для апериодического переходного процесса изображенной на рисунке 3.5 при = 0,4818 определяем = 0,88.

По формуле (3.13) находим (мм).

По условию (3.12) проверим подходит ли нам И-регулятор:

Так как условие не выполняется, следовательно И-регулятор не подходит.

Проверяем П-регулятор на максимальное отклонение.

По рисунку 3.5 при = 0,4818 определяем = 0,7.

По формуле (3.13) находим (мм).

По условию (3.12) проверим подходит ли нам П-регулятор:

Так как условие не выполняется, следовательно П-регулятор не подходит.

Проверяем ПИ-регулятор на максимальное отклонение.

По номограмме при = 0,4818 определяем = 0,63.

По формуле (3.13) находим (мм).

По условию (3.12) проверим подходит ли нам ПИ-регулятор:

Так как условие выполняется, следовательно ПИ-регулятор подходит.

Проверяем ПИ-регулятор на время переходного процесса.

По номограмме для апериодического переходного процесса изображенной на рисунке 3.6 при = 0,4818 определяем = 4,61.

Следовательно (мин).

По условию (3.16) проверяем, подходит ли нам ПИ-регулятор по времени переходного процесса.

tp = 5,07 мин < tр.доп = 16 мин.

Так как условие выполняется, следовательно, для данного объекта выбираем ПИ-регулятор.

3.2 Расчет настроечных параметров регулятора методом расширенных АФЧХ и выбор оптимальной настройки

Система обладает определенной степенью устойчивости, если все ее корни находятся левее некоторой прямой, проведенной в левой полуплоскости параллельно мнимой оси на расстоянии от нее. Величина характеризует интенсивность затухания процесса, численно равна абсолютному значению действительной части корня характеристического уравнения и называется степенью устойчивости процесса системы. Степень колебательности переходного процесса m характеризует затухание его колебательных составляющих, численно равна абсолютному значению отношения действительной части к коэффициенту мнимой части корня характеристического уравнения с наименьшим абсолютным значением этого отношения.

, (3.19)

Степенью затухания Y называют отношение разности двух соседних амплитуд к первой из них. Ее можно выразить через степень колебательности процесса:

(3.20)

где - логарифмический декремент затухания колебаний.

Степень затухания рассматриваемой составляющей процесса будет определяться значением тангенса этого угла. Если корень характеристического уравнения этой системы будет лежать в плоскости комплексного переменного на линии АОВ, то степень затухания Y будет постоянной (в соответствии с рисунком 3.7).

Выражение передаточной функции звеньев, для которых находится на линии АОВ, называется расширенной АФЧХ:

(3.21)

Если m = 0, то РАФЧХ совпадает с линией АОВ и совмещается с мнимой осью, следовательно, АОВ - мнимая ось, а система находится на границе устойчивости.

При расчете устойчивости системы используется соотношение

(3.22)

Для ПИ-регулятора это соотношение будет иметь вид:

(3.23)

Построив в плоскости настроечных параметров регулятора линию, равную степени колебательности, выбираем на ней различные точки с конкретными значениями параметров регулятора, обеспечивающими оптимальный процесс регулирования.

Рассчитаем систему автоматического регулирования на заданную степень затухания:

Передаточная функция объекта:

(3.24)

Путем замены определим РАФЧХ объекта , разлагая на действительную и мнимую части:

(3.25)

где: - расширенная действительная частотная характеристика объекта;

- расширенная мнимая частотная характеристика объекта;

Общий вид передаточной функции:

(3.26)

Получим РАФЧХ для объекта:

(3.27)

(3.28)

Помножим на сопряженное число, на экспоненциальную часть помножим отдельно:

(3.29)

Выделим реальную и мнимую части

(3.30)

(3.31)

Домножая полученную передаточную функцию на экспоненциальное звено, получим

(3.32)

Или:

(3.33)

(3.34)

1. РАФЧХ для ПИ-регулятора:

(3.35)

По таблице 2.2 из методического пособия «Параметрический синтез локальных систем автоматического управления»:

(3.36)

(3.37)

1. Исходя из условия (3.22) имеем:

 (3.38)

Проводя соответствующие преобразования, получаем систему уравнений:

(3.39)

Решаем систему уравнений относительно и .

(3.40)

(3.41)

4. Решаем систему уравнений с двумя неизвестными, в качестве которых выбираем и . Из того же методического пособия из таблицы 2.1 имеем:

(3.42)

(3.43)

Подбирая степень колебательности и подставляя различные частоты от 0 до значения, при котором становится отрицательным, строим зависимость

Рисунок 3.8 - Линия равной степени затухания процесса регулирования (в соответствии с рисунком 3.8).

Выбираем на этой линии различные точки с конкретными значениями и и строим различные переходные процессы на возмущение с получаемыми настроечными параметрами в программе «SamSim». Зная соотношения: , , можем найти настройки регулятора и, по которым будем строить переходные процессы.

Для того, чтобы построить реакцию на возмущение построим схему контура регулирования в программе.

Интегральная оценка: I = 578,55. Время регулирования: 19,66 мин.

2. ,

Интегральная оценка: I = 567,01. Время регулирования: 15,5 мин.

4. ,

Интегральная оценка: I = 628,32. Время регулирования: 23,27 мин.

Определим качество регулирования:

1. Время регулирования мин.

. Перерегулирование - максимальное отклонение регулируемой величины в переходный период:

(3.43)

. Время достижения первого максимума : мин.

. Число колебаний : N = 0

1. Колебательность :

% (3.43)

так как , то m=0.

. Интегральная оценка : . Получим: I=567,01.

1. Степень затухания:

(3.44)

Построение кривой интегральной оценки:

Точки взятые для построения на линии равной степени затухания (в соответствии с рисунком 3.13) сведены в таблицу 3.4:

Таблица 3.4 - Интегральная оценка

Номер точки	1	2	3	4	5	6	7
0,00890,08570,17190,19220,20910,22150,2176
0,05010,06570,0760,07430,06850,04840,0254
Оценка	1212,51	804,85	588,72	567,01	628,32	759,64	1194,98

4. Анализ существующих систем автоматизации

Регулирование основных процессов на котлоагрегатах осуществляется с помощью микропроцессорных программируемых приборов Протар. На каждый регулятор установлено по одному или двум приборам. На вход прибора подаются токовые (0-5 мА) сигналы с датчиков. В комплекте с термоэлектрическими преобразователями и термометрами сопротивления работают блоки усиления (БУС-10, БУТ-10), для формирования на выходе токовых сигналов, так как Протар работает только с унифицированными сигналами. С помощью заданной программы он выдает регулирующее воздействие, которое в последствие усиливается блоком усиления и подается на исполнительный механизм. Для автоматического регулирования котлоагрегатов установлено: 7 приборов Протар для одного котла БКЗ 75/39ФБ и 7 приборов для одного котла КВ-ТК-100. Названия регуляторов приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Список приборов группы автоматики

№	Название регулятора	Количество приборов Протар	Название входного сигнала	Название датчика (количество)
Для БКЗ-75/39ФБ
1	Температура аэросмеси	2 (Протар- 101, 112)	Температура аэросмеси	ТХК ( 2 )
2	Тепловая нагрузка	1 (Протар-112)	1. Расход пара.	Сапфир-ДД ( 1 )
			2. Давление перегретого пара.	Сапфир-ДИ ( 1 )
			3.Давление в барабане.	Сапфир-ДИ ( 1 )
3	Температура перегретого пара	1 (Протар-112)	1. Температура в пароперегревателе (1 ступень)	ТХК ( 1 )
			2. Температура в пароперегревателе (2 ступень)	ТХК ( 1 )
			3. Температура в пароперегревателе (2 ступень)	ТХК ( 1 )
4	Разрежение в топке	1 (Протар-130)	Разность давлений в топке	Сапфир-ДД ( 1 )
5	Общий воздух	1 (Протар-112)	Разность давлений в воздухопроводе	Сапфир-ДД ( 1 )
№	Название регулятора	Количество приборов Протар	Название входного сигнала	Название датчика (количество)
6	Регулятор питания	1 (Протар-112)	1. Расход пара.
			2. Уровень воды в барбане.	Сапфир-ДД ( 1 )
			3. Расход питательной воды.	Сапфир-ДИ ( 1 )
Для КВ-ТК-100
1	Главный регулятор	1 (Протар-101)	1. Температура на входе в город	ТСМ ( 1 )
			2. Температура наружного воздуха.	ТСМ ( 1 )
2	Температура аэросмеси за мельницами А, В.	1 (Протар-111)	Температура аэросмеси за мельницей.	ТХК ( 2 )
3	Температура аэросмеси за мельницами Б, Г.	1 (Протар-111)	Температура аэросмеси за мельницей.	ТХК ( 2 )
4	Тепловая нагрузка	1 (Протар-130)	1. Расход воды через котел.	Сапфир-ДД ( 1 )
			2. Температура воды на входе в котел.	ТСМ ( 1 )
			3. Температура воды на выходе из котла.	ТХК ( 1 )
5	Общий воздух	1 (Протар-112)	Расход воздуха.	ДМ3583М
6	Разрежение в топке	1 (Протар-130)	1. Разряжение в топке.	Сапфир-ДИ ( 2 )
			2. Температура в топке	ТСП ( 2 )
7	Регулятор кислорода	1 (Протар-112)	Содержание кислорода в дымовых газах	КС-1-1

4.1 Описание систем автоматического регулирования парового котла БКЗ-75/39ФБ

1. Регулятор тепловой нагрузки.

Регулятор тепловой нагрузки предназначен для автоматического поддержания тепловой нагрузки котла в соответствии с заданием, устанавливаемым оператором-технологом. Основной регулируемой величиной является сигнал по теплу, формируемые программным образом в ПРОТАРе на основе входных сигналов - расхода и давления перегретого пара на выходе из котла и давления насыщенного пара в барабане котла.

2. Регулятор общего воздуха.

Автоматическая система регулирования расхода общего воздуха предназначена для обеспечения оптимального процесса сжигания топлива.

3. Регулятор разрежения в топке.

Регулятор разрежения предназначен для поддержания постоянного заданного значения разрежения в топке. Входной сигнал регулятора - разрежение в топке. Текущее значение разрежения сравнивается с заданным значением разрежения. По сигналу рассогласования между ними с помощью импульсного ПИ-алгоритма формируется сигналы управления исполнительным электрическим механизмом, соединенным с направляющим аппаратом дымососа. Тем самым изменяется производительность дымососа и разрежение в топке.

4. Регулятор температуры перегретого пара.

Регулятор температуры перегретого пара предназначен для стабилизации температуры перегретого пара на заданном уровне путем изменения расхода охлаждающей воды через пароохладитель. Входные цепи регулятора выполнены обычным способом, с воздействием на клапан расхода охлаждающей воды.

5. Регулятор питания.

Регулятор питания предназначен для поддержания уровня воды в барабане котла путем воздействия на регулирующий клапан расхода питательной воды. Уровень воды в барабане является показателем материального баланса между расходом питательной воды на котел и расходом перегретого пара из котла. Основной регулируемой величиной регулятора питания служит уровень воды в барабане котла. Импульсный выходной сигнал регулятора через блок ручного управления БУ-21 поступает на усилитель ПБР-2М, который управляет исполнительным электрическим механизмом клапана расхода питательной воды.

. Температура пылевоздушной смеси (аэросмеси).

Регулятор предназначен для подддержания на заданном уровне значения температуры смеси угольной пыли, воздуха и дымовых газов. Для каждой мельницы устанавливается один регулятор температуры аэросмеси, таким образом общее их сило равно 2. В соответствие с импульсным ПИ-алгоритмом формируются импульсные сигналы управления исполнительными механизмами, связанными с клапанами на трубопроводах дымовых газах рециркуляции (после дымососа рециркуляции) соответствующих мельниц.

4.2 Описание систем автоматического регулирования водогрейного котла КВ-ТК-100

1. Главный регулятор.

Основная функция главного регулятора - формирование текущего значения задания для регулятора тепловой нагрузки в зависимости от значения температуры наружного воздуха. По сигналу рассогласования требуемого и текущего значения температуры воды, подаваемой в теплосеть, вырабатывается аналоговый сигнал, используемый в качестве задания для регулятора тепловой нагрузки. Резервное ручное управление заданием тепловой нагрузки котла осуществляется с помощью задатчика ЗУ-11.

2. Регулятор температуры аэросмеси за мельницей.

Регулятор предназначен для поддержания на заданном уровне значения температуры смеси угольной пыли, воздуха и дымовых газов. Для каждой мельницы устанавливается один регулятор температуры аэросмеси, таким образом общее их сило равно 4. В соответствие с импульсным ПИ-алгоритмом формируются импульсные сигналы управления исполнительными механизмами, связанными с клапанами на трубопроводах дымовых газах рециркуляции (после дымососа рециркуляции) соотвествующих мельниц.

. Регулятор тепловой нагрузки.

Регулятор тепловой нагрузки предназначен для автоматического управления тепловой нагрузкой котла. Регулятор обеспечивает выявление рассогласования между нагрузкой, снимаемой в данный момент с котла и нагрузкой, получаемой в качестве задания от главного регулятора, или внешнего задатчика.

После вычисления рассогласования регулятор воздействует на станции бесступенчатого регулирования (СБР) - этим самым, увеличивая или уменьшая нагрузку котла.

4. Регулятор общего воздуха.

Этот регулятор предназначен для обеспечения оптимального процесса горения угольной пыли. Входным сигналом является расход воздуха. Регулятор воздействует непосредственно на электродвигатель дутьевого вентилятора тем самым, изменяя его производительность.

5. Регулятор разрежения в топке.

Предназначен для поддержания постоянной заданной величины разрежения в топке при всех изменениях режимов работы котла. Текущее значение разрежения в топке сравнивается с заданным значением и по ПИ-алгоритму формируются сигналы управления электрическим исполнительным механизмом, соединенным с направляющим аппаратом дымососа ДС. Тем самым изменяется производительность дымососа и разрежения в топке.

6. Регулятор кислорода.

Предназначен для поддержания постоянной заданной величины содержания кислорода в дымовых газах. Корректирующий сигнал вырабатывается по величине разности между текущим и заданным значением содержания кислорода, который воздействует непосредственно на электродвигатель дутьевого вентилятора тем самым, изменяя его производительность.

5. Выбор технического обеспечения

.1 Описание внедряемой системы диспетчеризации

.1.1 Назначение и конфигурация системы

Система выполняет следующие основные технологические задачи:

оперативный контроль (мониторинг) технологического процесса;

автоматическое регулирование технологических параметров;

постоперативный контроль качества эксплуатации оборудования;

диагностику состояния наиболее теплонапряженных элементов поверхностей

нагрева.

Система состоит из рабочих станций различного функционального назначения (рис. 5.1.), которые объединены между собой локальной вычислительной сетью Ethernet (100 Mбит/с, протокол TCP/IP). Каждая из станций передает информацию об изменениях технологических параметров с дискретностью 0,1 с остальным абонентам системы. Технические средства системы размещены в двух напольных шкафах и обслуживают одновременно два паровых котла БКЗ-75/39Фб производительностью 75 т/час и три водогрейных котла КВ-ТК-100 производительностью 100 Гкал/час. В данной реализации применены следующие типы рабочих станций:

· Станция оператора обеспечивает ввод сигналов с модулей удаленного ввода-вывода ICP CON-7000, а также прием сигналов с резервированного комплекса многофункционального контроллера (РК МФК), мониторинг технологического процесса. Она базируется на промышленном компьютере Advantech IPC-510-SYS1, который вместе с монитором 19" LG TFT 1910P, функциональной клавиатурой и манипулятором мышь устанавливается на рабочем столе операторов группового щита управления. Используется операционная система Windows 2000. Специализированное программное обеспечение - SCADA-система Trace Mode Professional v5.12.

· Инженерная рабочая станция (1 станция на 2 котла БКЗ-75/39 ФБ и на 3 водогрейных котла КВ-ТК-100) представляет собой полномасштабную рабочую станцию, построенную на основе промышленного компьютера Advantech IPC-510-SYS1, позволяющую в полном объеме выполнять все функции станции оператора, в том числе осуществлять «подхват» при ее отказе. Также инженерная станция осуществляет ведение системных и технологических протоколов, архивирование истории процесса, санкционированную модификацию баз данных (уставок, параметров настройки регуляторов, конфигураций, паролей и т.п.) и мнемосхем в режиме реального времени, хранение резервных копий программного обеспечения с возможностью их загрузки на все рабочие станции системы. Станция располагается на рабочем столе операторов группового щита управления. Все рабочие станции ИУС запитываются через источники бесперебойного питания Powercom KIN 800AP.

5.1.2 Ввод сигналов

1. Информационная подсистема.

Информационная подсистема состоит из:

· 120 аналоговых и 90 дискретных сигналов водогрейных котлов КВ ТК-100.

· 124 аналоговых и 64 дискретных сигналов парогенераторов БКЗ 75/39 ФБ.

Причем все сигналы парогенераторов, а также и все дискретные сигналы котлов КВ-ТК-100 подаются на резервированный комплекс МФК и обрабатываются программой, откуда по сети Ethernet рассылаются на станциии (см. рис 5.1. «Схема системы диспетчеризации»). Оставшиеся 120 аналоговых сигналов КВ-ТК-100 подаются на модули удаленного ввода информации серии ICP CON 7000. Устанавливаются 8 модулей I-7017 -для ввода токовых сигналов; 8 модулей I-7015 - для ввода сигналов с термосопротивлений; 2 модуля I-7019 - для ввода сигналов с термоэлектрических преобразователей (см. таблицу 5.1. «Контролируемые параметры котлов»). Модули устанавливаются рассредоточено в непосредственной близости к существующим клеммным соединениям цепей датчиков. Ввод информации от модулей в компьютер осуществляется по интерфейсу RS-485 с помощью витой пары NEOMAX NM1011 UTP2. Перед непосредственным вводом в компьютер производится преобразование в интерфейс RS-232 с помощью преобразователя интерфейсов I-7520. Подсоединение производится к COM-порту. Измерение технологических параметров выполняется в заданной последовательности и с заданным темпом. Ввод относительно «быстрых» параметров (расход, давление) производится с периодичностью 1 с, «медленных» (температурные параметры).

Таблица 5.1 - Контролируемые параметры котлов

п/п	Измерение	Измеряемая среда		Наименование датчика	Кол - во датчиков	Тип модуля ввода в ПК, МФК ( кмс / усо)
		Наименование	Параметры
Водогрейный котел КВ-ТК-100
Температурные сигналы ( термосопротивление )
1	Температура	Мазут	110 ТСМ1I-7015
2	Температура	Мазут	110 ТСМ1I-7015
3	Температура	Дымовые газы	190 ТСП1I-7015
4	Температура	Подшипники дымососа	120 ТСМ2I-7015
5	Температура	Подшипники мельниц	80ТСМ8I-7015
6	Температура	Подшипники дутьевого вентилятора	10 ТСМ2I-7015
Температурные сигналы ( термоэлектрический преобразователь )
7	Температура	Дымовые газы	190 ТХК4I-7019
Токовые сигналы ( 0 - 20 мА /Сапфир 22М - ДД, ДИ; кондуктомер/ )
8	Давление	Пар	6 Сапфир-ДИ1I-7017

9 Давление Пар 2Сапфир-ДИ1

I-7017
10	Давление	Мазут	35 Сапфир-ДИ2I-7017
11	Давление	Мазут	40 Сапфир-ДИ4I-7017
12	Давление	Воздух	226 Сапфир-ДИ1I-7017
13	Давление	Вода	8 Сапфир-ДИ1I-7017
14	Давление	Сетевая вода	25 Сапфир-ДИ1I-7017
15	Давление	Дымовые газы	283 Сапфир-ДИ1I-7017	Перепад давления	Дымовые газы	120 Сапфир-ДД2I-7017
17	Разрежение	Дымовые газы	+/- 20 Па	Сапфир-ДД	1	I-7017
18	Разрежение	Аэросмесь	160 Сапфир-ДД4I-7017
19	Расход	Осветленная вода	400 Сапфир-ДД1I-7017
20	Солесодержание	Осветленная вода		Кондукто-мер КЭЛ1-М	1	I-7017
Парогенератор БКЗ-75/39 ФБ.
Температурные сигналы ( термосопротивление )

21 Температура Питательная вода 104 ТСМ1TCC_L16i

/ L16

22 Температура Дымовые газы 130 ТСМ1TCC_L16i

/ L16

23 Температура Воздух 365 ТСМ2TCC_L16i

/ L16

24 Температура Подшипники дымососа 120 ТСМ2TCC_L16i

/ L16
п/п	Измерение	Измеряемая среда		Наименование датчика	Кол - во датчиков	Тип модуля ввода в ПК, МФК ( кмс / усо)
		Наименование	Параметры

25 Температура Подшипники мельниц 80ТСМ4TCC_L16i

/ L16

26 Температура Подшипники дутьевого вентилятора 10 ТСМ2TCC_L16i

/ L16

27 Температура Металл барабана 90ТСМ11TCC_L16i

/ L16

28 Температура Мазут 125 ТСМ1TCC_L16i

/ L16
Температурные сигналы ( термоэлектрический преобразователь )

29 Температура Перегретый пар 440 ТХК1TCC 2L16

/ L16

31 Температура Топочные газы 840 ТПП1TCC 2L16

/ L16

32 Температура Дымовые газы 508 ТХК1TCC 2L16

/ L16

33 Температура Дымовые газы 372 ТХК1TCC 2L16

/ L16

34 Температура Дымовые газы 228 ТХК1TCC 2L16

/ L16

35 Температура Металл коллекторов пароперегревателя 352

ТХК11TCC 2L16

/ L16
Токовые сигналы ( 0 - 20 мА /Сапфир 22М - ДД, ДИ; кондуктомер/ )

36 Давление Воздух 400 Сапфир-ДИ4TCC_2A16

/ A16

37 Давление Перегретый пар 40 Сапфир-ДИ1TCC_2A16

/ A16

38 Давление Питательная вода 75 Сапфир-ДИ1TCC_2A16

/ A16

39 Давление Воздух 213 Сапфир-ДИ1TCC_2A16

/ A16

40 Давление Воздух 293 Сапфир-ДИ1TCC_2A16

/ A16

41 Давление Воздух 290 Сапфир-ДИ4TCC_2A16

/ A16

42 Давление Дымовые газы 241 Сапфир-ДИ1TCC_2A16

/ A16

43 Давление Мазут 20 Сапфир-ДИ1TCC_2A16

/ A16

44 Перепад давления Дымовые газы 25 Сапфир-ДД1TCC_2A16

/ A16

45 Перепад двления Дымовые газы 119 Сапфир-ДД1TCC_2A16

/ A16

46 Перепад давления Дымовые газы 10 Сапфир-ДД1TCC_2A16

/ A16

47 Расход Воздух 28400 Сапфир-ДД2TCC_2A16

/ A16
п/п	Измерение	Измеряемая среда		Наименование датчика	Кол - во датчиков	Тип модуля ввода в ПК, МФК ( кмс / усо)
		Наименование	Параметры
48	Расход	Продувочная вода	0,55 т/час	Сапфир-ДД	2	TCC_2A16 / A16

49 СодержаниеДымовые газы10 %1TCC_2A16

/ A16

Для ввода сигналов в РК МФК устанавливаются модули клеммных соединений: TCC 2L16 (4 шт.) - для ввода 32 сигналов от термоэлетрических преобразователей; TCC L16i (6 шт.) - для ввода 48 сигналов от термосопротивлений; ТСС 9A-01 (20 шт.) - для ввода 154 дискретных сигналов ( процент открытия клапанов, задвижек).

2. Регулирующая подсистема.

Регулирующая подсистема состоит из:

· 54 аналоговых сигналов водогрейных котлов КВ-ТК-100.

· 26 аналоговых сигналов парогенераторов БКЗ-75/39 ФБ.

Все сигналы подаются на резервированный комплекс МФК. Далее по сети Ethernet рассылаются на конкретные рабочие станциии, а также и на инженерную.

Для ввода сигналов в РК МФК устанавливаются модули клеммных соединений: TCC 2A16 (21 шт.) - для ввода 124 токовых сигналов (0-20 мА).

В итоге для двух подсистем на РК МФК подаются: 204 аналоговых сигналов и 154 дискретных. В РК МФК устанавливается: 8 плат аналогового ввода токовых сигналов A16; 5 плат аналогового ввода сигналов от термопар и термосопротивлений L16; 4 платы дискретного ввода D48.

Таблица 5.2. - Параметры регулирующей подсистемы

п/п	Измерение	Измеряемая среда		Наименование датчика	Кол - во датчиков	Тип модуля ввода в МФК ( кмс / усо )
		Наименование	Параметры
Водогрейный котел КВ-ТК-100

1 Температура Наружный воздух - ТСМУ-205 (-50..+50)1TCC_2A16

/ A16

2 Температура Вода на входе 70 ТСМУ-205

(0 - 180 )1TCC_2A16

/ A16

3 Температура Вода на выходе из котла 150ТСМУ-205

(0 - 180)1TCC_2A16

/ A16

4 Температура Аэросмесь 180 ТХАУ-205

(0 - 200)8TCC_2A16

/ A16

5 Температура Топочные газы 930 ТХАУ-205

(0-1200)2TCC_2A16

/ A16
6	Расход	Воды	1600 т/ч	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16

7 Расход Воздух 22130 Сапфир-ДД1TCC_2A16

/ A16

8 Разрежение Газы в топке 2 Сапфир-ДД2TCC_2A16

/ A16
9	Содержание кислорода	Дымовые газы	10 %	1	TCC_2A16 / A16
Парогенератор БКЗ-75/39 ФБ.

10 Температура Перегретый пар 1ст - 352

ст - 400 ,

ТХАУ-205

(0 - 600 )

TCC_2A16

/ A16

11 Температура Аэросмесь 90 ТХАУ-205

(0 - 200 )2TCC_2A16

/ A16

12 Давление Перегретый пар 40 Сапфир-ДИ1TCC_2A16

/ A16

13 Давление Пар в барбане 40 Сапфир-ДИ1TCC_2A16

/ A16

14 Разрежение Газы в топке 2 Сапфир-ДД2TCC_2A16

/ A16

15 Перепад двления Воздух 64 Сапфир-ДД1TCC_2A16

/ A16
16	Расход	Перегретый пар	75 т/час	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16

17 Расход Питательная вода 100 Сапфир-ДД1TCC_2A16

/ A16
18	Уровень	Вода в барабане	200 мм в.ст.	Сапфир-ДД	1	TCC_2A16 / A16

5.1.3 Вывод сигналов

Выдача управляющих воздействий с РК МФК на исполнительные механизмы осуществляется с помощью 7-и умощнителей дискретных сигналов TCB08S с питанием выходных цепей от одного источника питания DR-4524 220VAC/24DVC 60W фирмы MEAN WELL. С целью обеспечения надежной работы котлов в период наладки и освоения ИУС обеспечивается параллельная работа штатной и новой систем авторегулирования с возможностью оперативного перехода с одной системы на другую. Для вывода сигналов в РК МФК устанавливается 4 модуля D32.

5.1.4 Резервированная локальная сеть Ethernet

Сеть построена по кольцевой топологии на основе двух коммутаторов

Hirschman RS2-TX/TX 10/100 с использованием витой пары NEOMAX NM1011 UTP5.

Два управляемых коммутатора. Один коммутатор объявляется ведущим, и первоначально все пакеты идут по его линии. Второй коммутатор объявляется ведомым и находится в состоянии ожидания. Обмен данными между коммутаторами о состоянии линии связи осуществляется по контрольной линии, максимальная длина которой определяется суммарным сопротивлением кабеля, которое не должно превышать 10 Ом. В случае отказа основной линии автоматически (не более чем за 0,5 сек.) включается запасной канал. Основной контроллер, работающий в режиме «мастер», подключится автоматически ко второму коммутатору через линию резервирования. При восстановлении работоспособности основной линии информационный поток немедленно пойдет по ней. Следует заметить, что расстояние линии от коммутаторов до операторских станций не превышает 100 м, следовательно это позволяет обходится без дополнительных концентраторов.

· Кольцевая топология. С помощью механизма двух коммутаторов создается топология «кольцо». Если в каком-то месте произойдет обрыв сетевой линии, то часть компьютеров будет подключаться к сети с другого коммутатора. Применение двух коммутаторов является универсальным решением, так как достигаются две выше описанных цели.

· Резервирование сети. Сама система на основе двух коммутаторов уже является достаточно надежной. Но если предположить, что из строя выйдет один коммутатор и произойдет обрыв сетевой линии, то подключение компьютеров к сети будет производится через резервную сетевую линию. Наличие такой линии позволяет в дальнейшем создать управляющую систему на основе только SCADA-системы без применения РК МФК, так как такая система требует высокой надежности. Следует отметить, что наличие резервированной сети является методом повышения надежности, а не основным методом ее обеспечения. Для этой цели в каждом компьютере устанавливается по два сетевых адаптера PCMCIA 16 bit full-duplex 10/100 64 kB RAM.

· Резервирование носителя информации. В данном случае это является жесткий диск (винчестер) всех станций. То есть в каждом промышленном компьютере устанавливается по два винчестера, так как самым слабым местом в компьютере является последний. На одном из них содержится копия всей информации ведущего винчестера. Тем самым повышается надежность сохранности информации. Можно отметить, что в некоторых случаях ставят параллельно основной станции (ведущей) дополнительную (ведомую), но это ведет к большим денежным затратам. Резервирование же винчестера является не дорогим и легко доступным средством повышения надежности.

5.1.5 Программное обеспечение

1. Описание SCADA-системы Trace Mode Proffesional v5.12.MODE - это одна из самых покупаемых в России SCADA-система, предназначенная для разработки крупных распределенных АСУ ТП широкого назначения. Она - основана на инновационных, не имеющих аналогов технологиях. Среди них: разработка распределенной АСУ ТП как единого проекта, автопостроение, оригинальные алгоритмы обработки сигналов и управления, объемная векторная графика мнемосхем, единое сетевое время, уникальная технология playback - графического просмотра архивов на рабочих местах руководителей. TRACE MODE - это первая интегрированная SCADA-система, поддерживающая сквозное программирование операторских станций и контроллеров при помощи единого инструмента.

Основные функции:

• модульная структура - от 128 до 64000х16 точек ввода-вывода. Количество тегов неограниченно;

• 0.001 с - минимальный цикл системы;

• открытый формат драйвера для связи с любым УСО;

• открытость для программирования (Visual Basic, Visual C++ и т.д.);

• разработка распределенной АСУТП как единого проекта;

•средства сквозного программирования АСУТП верхнего (АРМ) и нижнего (ПЛК) уровня;

• встроенные библиотека из более чем 150 алгоритмов обработки данных и управления в т.ч. фильтрация, PID, PDD, нечеткое, адаптивное, позиционное регулирование, ШИМ, управление устройствами (клапан, задвижка, привод и т.д.), статистические функции и произвольные алгоритмы;

• автоматическое горячее резервирование;

• поддержка единого сетевого времени;

• средства программирования контроллеров и АРМ на основе международного стандарта IEC 61131-3;

• более 200 типов форм графического отображения информации в т.ч. тренды, мультипликация на основе растровых и векторных изображений, ActiveX;

• просмотр архивной информации в реальном времени в т.ч. в виде трендов и таблиц;

• сеть на основе Netbios, NetBEUI, IPX/SPX, TCP/IP;

• обмен с независимыми приложениями с использованием OPC client/server, DDE/NetDDE client/server, SQL/ODBC, DCOM;

• автоматическое резервирование архивов и автовосстановление после сбоя;

• мониторинг и управление через Internet;

Архитектура TRACE MODEMODE состоит из инструментальной системы и исполнительных модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе TRACE MODE. TRACE MODE v5.12, создана в архитектуре клиент-сервер и основана на новейшей распределенной общей модели объектов - DCOM, лежащей в основе Windows NT/2000. Поэтому отдельные модули системы легко сопрягаются между собой, а АСУ ТП на базе TRACE MODE легко поддерживать, развивать и интегрировать в корпоративные информационные системы.

Система разработчика

Система разработчика включает полный набор инструментальных средств для создания операторского интерфейса и программирования РС-контроллеров, набор встроенных драйверов контроллеров, Монитор реального времени, OPC и DDE клиенты и серверы, спецификации по написанию драйверов УСО, электронную справочную систему на русском и английском языках, печатную документацию на русском языке. Существуют версии системы разработчика на 128, 512, 1024, 32.000х16 и 64.000х16 каналов (входов/выходов). Число внутренних перемен (тегов) неограниченно.

Система разработчика включает в себя следующие компоненты:

. Редактор базы каналов (РБК) - инструмент разработки распределенной базы данных реального времени. В РБК создаются узлы проекта - операторские станции и контроллеры, производится настройка на платы ввода/вывода и контроллеры (DLL, DDE, OPC). РБК производит автоматическое генерирование отчетной документации по проекту АСУТП.

. Редактор представления данных (РПД) - инструмент разработки экранных форм операторского интерфейса. В РПД для каждого узла проекта создаются графические экраны, формируется статичные мнемосхемы процесса, осуществляется их динамизация путем векторной и AVI-анимации. Создаются виртуальные органы управления, тренды реального времени и исторические, формируются отчеты тревог.

. Редактор шаблонов (РШ) - инструмент разработки шаблонов и сценариев формирования документации о ходе технологического процесса. В РШ можно создать статичную основу отчетного документа.

Монитор реального времени

Монитор реального времени (МРВ) - это мощный сервер реального времени - основной элемент распределенной АСУ TRACE MODE.

Предназначен для сбора данных с УСО через встроенные и пользовательские драйверы, OPC и DDE клиенты, математической обработки, осуществления непосредственного цифрового и супервизорного управления, генерирования алармов, ведения отчета тревог, визуализации техпроцесса на мнемосхемах, осуществления сетевого обмена с другими узлами проекта, поддержки обмена с клиентскими модулями TRACE MODE через DCOM, обмена данными с независимыми приложениями через OPC и DDE серверы, а также для осуществления информационного обмена с внешними базами данных. Минимальное время реакции монитора реального времени составляет 0,001 с. Архитектура TRACE MODE обеспечивает высочайшую производительность в реальном времени. МРВ способен принимать данные через 32 последовательных порта. На его базе возможно создавать системы, работающие в режиме горячего резервирования.

Информационная программа «Диспетчерская».

Информационная программа "Диспетчерская" предназначена для обработки и отображения на автоматизированном рабочем месте диспетчера (АРМД) данных о состоянии и процессах управления на всех участках котлоагрегатов БКЗ-75-39 ФБ и КВ-ТК-100.

Программа позволяет:

. Наблюдать показания датчиков давления, температур и состояния оборудования на каждом участке. Возможен просмотр как текущих показаний, так и показаний, сохраненных в базе данных за предыдущие 12 месяцев с дискретностью 15 минут.

. Отображать показания датчиков и нормативы на регулируемые величины в виде таблиц, графиков, а также на мнемосхемах.

. Получать сводный отчет о текущих показаниях датчиков по всем участкам котла на экране и принтере.

. Получать сводную информацию о предаварийных ситуациях оборудования на всех регулируемых участках.

. Просматривать режимные карты котлоагрегата с одновременным контролем соответствия значения текущих параметров технологического процесса, заданным в режимной карте.

. Отображать конфигурацию котла в виде мнемосхем и принципиальных технологических схем.

Примечание: в данном дипломном проекте информационная система создана только для одного котла БКЗ-75/39 ФБ, для одного АРМ, так как построение информационных систем для остальных котлов имеет тот же принцип. А также вследствие и того, что описание систем для всех котлоагрегатов ограничено рамками диплома.

Описание экранной формы

Главное окно программы появляется сразу после ее запуска. Почти всю часть главного окна программы занимает общая мнемосхема котлоагрегата БКЗ-75/39ФБ. Она отображает конфигурацию всех участков котлоагрегата, текущие показания датчиков. На вспомогательном экране находится подробная мнемосхема системы топливоподачи и подачи воздуха в топку котла, называемая «Общая воздуха». В нижней части окна расположено меню.

Панель инструментов

- Кнопка "Архив" - предназначена для запуска окна архивных трендов.

- Кнопка "Датчики" - предназначена для вызова окна просмотра показаний датчиков давления и температур. Внешний вид окна в виде таблицы (температура, давление, разрежение и др.)

Кнопка "Клапаны" - предназначена для вызова окна просмотра состояния и режимов работы клапанов. Для каждого клапана выводится процент его открытия (графа "Положение,% ").

Кнопка "Отчет тревог" - предназначена для вызова окна просмотра предаварийных ситуаций и отклонений от параметров на всех регулируемых участках котлоагрегата.

Кнопка "Воздух" - предназначена для вызова окна мнемосхемы системы аоздуха.

Кнопка "Барабан" - предназначена для вызова окна мнемосхемы температуры барабана котлоагрегата.

Кнопка "График" - предназначена для вызова окна просмотра показаний датчиков самых важных параметров в виде графиков. Для удобства эта кнопка находится рядом с выводимым параметром.

. Программное обеспечение TeconOPC Server.сервер TeconOPC является реализацией стандарта ОРС DA (OLE for Process Control) предназначен для обеспечения обмена данными между контроллерами и SCADA системами различных производителей, поддерживающих стандарт ОРС. С точки зрения построения систем автоматизации ОРС сервер является связующим звеном между контроллером и SCADA системой верхнего.- это стандарт взаимодействия между программными компонентами систем, основанный на объектной модели COM/DCOM. Аббревиатура OPC расшифровывается как «OLE for Process Control». Через интерфейсы OPC одни приложения могут читать или записывать данные в другие приложения, обмениваться событиями, оповещать друг друга о нештатных ситуациях и т.п. Эти приложения могут располагаться как на одном компьютере, так и быть распределенными по сети, при этом, независимо от фирмы поставщика, стандарт OPC, признанный и поддерживаемый всеми ведущими производителями SCADA-систем и оборудования, обеспечивает их совместное функционирование.

На текущий момент в TeconOPC реализован стандарт OPC DA v 2.0.5a. TeconOPC обеспечивает :

- подключение одного или более контроллеров.

- доступ к пространству переменных контроллера.

- восстановление соединения в случае разрыва связи с контроллером.

- автоматически старт сервера при запуске SCADA-системы и загрузка рабочей конфигурации.

- проведение мониторинга значений переменных контроллера , а так же произведение записи в переменные через интерфейс пользователя ОРС сервера.

- ведение журнала работы, в котором фиксируются основные события и нештатные ситуации.

- возможность сохранения и загрузки конфигурации.

- введение в область данных «виртуального» оборудования с имитацией переменных, что позволяет облегчить тестирование программы управления верхнего уровня.

- масштабирование переменных.

Обмен данными с контроллерами производится через сеть Ethernet ( TCP/IP).

В разрабатываемой системе диспетчерского контроля программное обеспечение Tecon OPC Server устанавливается на каждой операторской станции.

3. Программное обеспечение РК МФК - СПО TeNIX, целевая задача и среда разработки ISaGARF.

В целом контроллер решает задачи большой информационной емкости. При этом управление объектом производится прикладной программой, которая хранится в энергонезависимой памяти контроллера. В контроллер устанавливается системное программное обеспечение TeNIX, в случае применения которого достигается наиболее полное использование ресурсов контроллера. СПО TeNIX содержит многозадачную операционную систему Linux, сервер ввода-вывода и пользовательские библиотеки. Загрузка подготовленных прикладных программ в память контроллера для отладки производится либо через порт СОМ1, либо по сети Ethernet, используя протокол ТСР/IP.

Целевая задача ISaGRAF PRO (Target ISaGRAF v.4.x) предназначена для исполнения прикладного технологического проекта, разработанного в среде ISaGRAF PRO Workbench. Исходными данными для исполнения прикладного проекта служат входные переменные сервера ввода-вывода и внутренние переменные (в терминах системы ISaGRAF PRO), значения которых формируются алгоритмами прикладного проекта или приложениями СВУ. Результатом исполнения такой программы является формирование новых значений выходных переменных сервера ввода-вывода и внутренних переменных прикладного проекта, доступных для приложений СВУ. Целевая задача ISaGRAF PRO, реализованная в рамках ПО РК МФК, выполняет следующие функции, помимо описанных выше:

- хранение (в директории Flash Disk) копии кода прикладного проекта и автоматический запуск на исполнение сохраненного кода прикладного проекта в случае последующего перезапуска контроллера РК МФК и инициализации целевой задачи целевой задачи ISaGRAF PRO;

хранение в SRAM значений переменных прикладной программы с атрибутом retain (хранимые) и восстановления этих значений в случае последующего перезапуска контроллера РК МФК и инициализации целевой задачи целевой задачи ISaGRAF PRO;

- хранение (в директории Flash Disk) файлов ресурсов (например, символьной таблицы прикладного проекта);

- обмен «технологическими» данными (значениями переменных прикладного проекта) с приложениями СВУ по сети Ethernet (порт «Ethernet0» каждого из контроллеров РК МФК).

Программирование производится с помощью системы программирования ISaGRAF PRO Workbench компании AlterSy. Иногда ее называют отладчиком. Система ISaGRAF не требует профессиональных знаний по программированию.

С точки зрения пользователя описанное выше программное обеспечение контроллеров МФК дает возможность :

- вносить изменения в конфигурацию, адекватные изменениям количества конкретных модулей ввода, порядка их расположения в крейте контроллера, сетевых атрибутов;

- проводить диагностику работоспособности локальных узлов и контроллера в целом;

- связываться с отладчиком ISaGRAF Workbench по последовательному порту контроллера (или Ethernet) для просмотра и осциллографирования переменных пользовательского приложения;

- использовать подсистему загрузки отладчика ISaGRAF Workbench для записи /перезаписи в режиме квази -реального времени ( 2 секунд ) разработанного приложения управления технологическим процессом;

- связываться со SCADA ( наличии в составе SCADA драйверов MB и МВЕ) че рез Ethernet по протоколу Modbus Ethernet для визуализации технологического процесса.

Системное программное обеспечение TeNIX, целевая задача ISaGRAF и специализированный программный модуль резервирования записываются на флэш-диск процессорного модуля контроллера.

Отладчик ISaGRAF Workbench находится на инженерной станции.

5.2 Выбор технического обеспечения

.2.1 Многофункциональный контроллер (МФК)

Контроллер предназначен для сбора, обработки информации и управления объектами в схемах автономного управления или в составе распределенной системы управления на основе локальных сетей уровней LAN и Fieldbus, а также передаче параметров на диспетчерский пункт. Контроллер может работать в автономном режиме, в режиме удаленного терминала связи и в смешанном режиме.

Контроллер является проектно компонуемым изделием. Модули (процессорный, коммуникационные, ввода-вывода) устанавливаются в контроллер изготовителем в соответствии с заказанной конфигурацией. Пользователь может самостоятельно наращивать или изменять конфигурацию контроллера. Контроллер состоит из базовой части, одного процессорного и коммуникационных модулей, модулей ввода-вывода, блока клавиатуры и индикации. Базовая часть состоит из корпуса, блока питания и объединительной платы. Внутри корпуса смонтирован импульсный блок питания мощностью 150 Вт и объединительная плата. Внутрь корпуса устанавливается процессорный модуль и до 16 модулей ввода-вывода. Внешние разъемы модулей выведены на лицевые планки. Корпус контроллера имеет степень защиты IP20 и предназначен для установки в монтажном шкафу.

Описание разъемов на контроллере МФК:

Разъем LAN1 предназначен для организации обмена с СВУ (Ethernet).

Разъем LAN2 - для организации межконтроллерного обмена технологической и диагностической информацией по выделенному каналу связи (Ethernet).

Разъем КВ - для подключения клавиатуры.

Процессорный модуль БЦП2 Advantech РСМ-5823 содержит:

• процессор NS GX1- 300;

• системное ОЗУ SODIMM 144 с объемом памяти 128 Мб;

• системное ППЗУ CompactFlash объемом 50 Мб;

• два программно совместимых с контроллером 16 С 550 последовательных порта: COM1 (RS-232) и COM2 (RS-485/RS-232). Порт СОМ1 предназначен для проведения кофигурирования контроллера. Порт СОМ 2 используется для подключения блока клавиатуры и индикации V03 или панели оператора V04;

• два интерфейса 100/10BASE-T Ethernet IEEE 802.3u;

• контроллер VGA (разрешение 1280 х 1024 или 1024 х 768 точек );

• разъем для подключения РС /АТ клавиатуры;

• встроенные часы реального времени с календарем (питание для часов поступает от батареи контроллера);

• питание +5 В ±5%, 2 А ;

• сторожевой таймер WatchDog.

Для повышения надежности системы используется резервированный комплекс МФК. Все сказанное выше справедливо и для второго контроллера.

РК МФК представляет собой шкаф комплектной автоматики, в котором размещаются:

два взаимосвязанных определенным образом контроллера МФК с одинаковой комплектацией и размещением собственного оборудования, а также с одинаковым базовым программным обеспечением;

устройства, обеспечивающие соединение указанных контроллеров с сигнальными («объектовыми») проводами (модули клеммных соединений и умощнители дискретных сигналов);

устройства, обеспечивающие электропитание активного оборудования комплекса, а также датчиков и исполнительных устройств системы автоматизации (источники питания и устройства защиты );

коммуникационное устройство, обеспечивающее связь контроллеров комплекса с оборудованием «верхнего» (станционного) уровня системы автоматизации (коммутатор или концентратор сети Ethernet).

Краткие технические характеристики:

Максимальное число дискретных входов .…...........................768

Максимальное число дискретных выходов..............................640

Максимальное число аналоговых входов .................................256

Максимальное число аналоговых выходов ..............................128

Тип входных и выходных дискретных сигналов:

cостояние «сухих » контактов, сигнал напряжения постоянного тока (24 В), сигнал напряжения с общей нейтралью (в т .ч . ~220 В).

Тип входных аналоговых сигналов

..5 мА , 0..20 мА , 4..20 мА , 0..10 В, сигнал термопары, сигнал напряжения низкого уровня, сигнал термометра сопротивления.

Тип выходных аналоговых сигналов........................0..20 мА, 4..20 мА.

Время изменения статусов контроллеров

по обнаружению отказа ......................................... Не более 10 мс.

Время восстановления выходных сигналов

после переключения контроллеров ........................Не более 1 мс.

Статусы контроллеров комплекса:

В процессе работы каждому из контроллеров ПО РК МФК присваивает один из двух взаимоисключающих статуса :

MASTER - контроллер выполняет прикладной проект и осуществляет управление объектом автоматизации;

SLAVE - контроллер выполняет прикладной проект, но не производит управление объектом.

Присвоение, сохранение или изменение того или иного статуса каждого из контроллеров РК МФК производится по результатам анализа:

факта включения /выключения (наличия /отсутствия питания ) контроллеров;

положения переключателя режимов работы каждого из контроллеров;

состояния распределенного триггера резервирования;

состояния программы диагностики каждого из контроллеров (обнаружение или отсутствие отказов контроллеров);

состояния алгоритмов прикладной программы пользователя, позволяющих изменить статусы контроллеров.

При изменении статусов контроллеров (например, в случае отказа контроллера со статусом MASTER и переключении управления на контроллер со статусом SLAVE) комплекс безударно продолжает: управление технологическим объектом; обмен данными с СВУ (SCADA-система).

Основной режим работы комплекса «Автоматическое управление» характеризуется следующим:

В силу имеющейся разности во времени загрузки, сразу после запуска двух исправных контроллеров производится автоматическое присвоение статусов обоим контроллерам. В любой момент времени контроллер со статусом SLAVE «готов подхватить» управление.

В каждом из запущенных контроллеров производится выполнение целевой задачи, программного модуля диагностики и ПО резервирования.

При работе ранее исправных контроллеров, возникновение отказа в контроллере со статусом MASTER приводит к переключению управления на контроллер со статусом SLAVE и взаимному изменению статусов обоих контроллеров. При переключении управления, комплекс продолжает работу так же, как и в случае с отказавшим контроллером со статусом SLAVE.

При работе ранее исправных контроллеров, возникновение отказа в контроллере со статусом SLAVE приводит к формированию логического запрета на переключение управления на контроллер со статусом SLAVE. То есть, в этом случае контроллер со статусом MASTER работает без резерва.

При возникновении отказов в обоих контроллерах статус MASTER присваивается контроллеру, который отказал последний. При этом сохраняется условие: независимо от наличия/отсутствия неисправностей контроллера, управление объектом осуществляется от контроллера, имеющего статус MASTER.

Если запущен один из контроллеров, то ему, независимо от наличия отсутствия отказов, присваивается статус MASTER.

Межконтроллерный обмен и обмен данными с внешними приложениями:

В процессе работы РК МФК между контроллерами по выделенному каналу связи производится обмен диагностической информацией и информацией о состоянии технологической программы. В качестве указанного канала связи используется разъем «LAN2» (Ethernet1) 100Base-T (см. «архитектура резервирования МФК» на рисунке 5.6). Порты резервирования контроллеров объединены кабелем-арбитром текущего статуса (основной/резервный). Для синхронизации состояния технологической программы в контроллерах РК МФК осуществляется периодическое копирование значений переменных прикладного проекта, исполняемого в контроллере со статусом MASTER, в контроллер со статусом SLAVE. В случае переключения управления с MASTER на SLAVE, реализация этих функций позволяет продолжить работу прикладного проекта, начиная с последнего сохраненного состояния. Для сравнения значений сигналов на входных каналах контроллеров РК МФК осуществляется периодическое копирование значений входных сигналов контроллера со статусом SLAVE в контроллер со статусом MASTER.

Для реализации обмена данными между РК МФК и приложениями СВУ оба контроллера РК МФК по каналам связи включаются в локальную вычислительную сеть АСУ ТП (ЛВС АСУТП) чрез разъем «LAN1» (Ethernet0). Оперативный обмен данными между РК МФК и приложениями СВУ производится посредством использования ОРС-сервера TeconOPC, исполняемого на каждой операторской станции. Также обмен данными между РК МФК и приложениями СВУ производится посредством использования программы конфигурирования и тестирования контроллеров МФК TUNER и среды разработки прикладных проектов ISaGRAF PRO Workbench, исполняемой на инженерной станции. Для организации простого подключения объектовых кабелей разработаны модули клеммных соединений

Подключение «объектовых» сигналов:

Входные дискретные и аналоговые сигналы, поступающие от датчиков, подаются одновременно на входные цепи MASTER и SLAVE контроллеров с использованием существующих в номенклатуре ЗАО ПК «Промконтроллер» модулей клеммных соединений. Выходные дискретные и аналоговые сигналы формируются только на выходах контроллера MASTER. Выходы контроллера SLAVE заблокированы. Подключение к исполнительным механизмам выходных цепей контроллера SLAVE и отключение выходных цепей MASTER контроллера производится по взаимному изменению статусов контроллеров. Физически каналы аналогового и дискретного вывода MASTER и SLAVE контроллеров подключаются к входным цепям исполнительных механизмов с использованием существующих модулей клеммных соединений и умощнителей дискретных сигналов.

5.2.2 Модули сбора данных серии ICP CON-7000

Модули этой серии применяются для сбора данных с объектов, в непосредственной близости с которыми нельзя поставить компьютер. Применяются в цехах, имеют компактный размер и монтируются на DIN-рейку. Для связи с компьютерами модули используют последовательный интерфейс RS-485. В комплекте с модулями используется OPC-сервер, позволяющий быстро, без написания дополнительного ПО подключать их к SCADA-системе. I-7017, I-7019 восьмиканальные модули аналогового ввода и I-7015 шести канальный модуль. Конструкция: модуль с последовательным интерфейсом RS - 485, монтаж на DIN рейку, пластиковый корпус. Скорость передачи от 1200 бит/сек до 115200 бит/сек, максимальная длина связи до 1200 м, максимальное количество модулей в сети до 2048 шт.

Диапазоны входного сигнала по току от -20 до +20 мА, по напряжению от -0,15 до +10 В. Погрешность измерения 0,1%. Сопротивление изоляции до 3000

В, напряжение питания постоянного тока от 10 до 30 В. Потребляемая мощность модуля 1,3Вт. Разъемы крепления - винтовые клеммы. Условия эксплуатации при температуре от -20 до +75оС. Для их подключения используется 2-х проводная витая пара с интерфейсом RS-485. Для преобразования в интерфейс RS232 используется преобразователь интерфейсов I-7520.

5.2.3 Автомат защиты Legrand Lexic10 033-92

Устройство защитного отключения (УЗО) Legrand Lexic10 033-92 предназначено для защиты людей от поражения электрическим током и защиты от пожара при коротких замыканиях. Устройство проверяет равенство токов фазового провода и нейтрали или другой фазы. В нормальных условиях это равенство соблюдается.

В случае возникновения разности из-за утечки тока (в т.ч. и через тело человека) автомат сработает до того, как величина тока достигнет опасного значения. Автомат защиты рассчитан на ток 63А. Автоматический выключатель крепится на DIN - рейку.

5.2.4 Промышленный управляемый коммутатор Hirschman RS2-TX/TX 10/100

Коммутатор Hirschman - это многопортовый повторитель сетевого интерфейса с равноправными портами работающий в полнодуплексном режиме. Эта модель имеет 7 портов для подключения витой пары через соединитель RJ-45. Коммутатор Hirschman поддердживает внутреннюю таблицу соответствия портов адресам подключенных к нему сетевых узлов. Эта таблица задается администратором сети с помощью программного обеспечения HiVision. Это ПО разработано специально для управления сетью на основе управляемых коммутаторов. Используя таблицу адресов и содержащейся в передаваемом пакете адрес получателя, коммутатор направляет полученный пакет только в тот порт, где находится адресат. В конечном итоге он выполняет важнейшую функцию сегментирования сети Ethernet, что в конечном счете значительно расширяет ее суммарную пропускную способность. Скорость соединения определяется автоматически и не требует вмешательства оператора.

5.2.5 Источники (блоки) питания

1. Импульсный источник питания MEAN WELL DR-4524 для питания умощнителей дискретных сигналов (рекомендован компанией Tecon ).

Характеристики: - напряжение питания - 220 В.

выходное напряжение - 24 В.

мощность - 60 Вт.

. Импульсный источник питания TRACO TSL 060-124 для питания каналов дискретного ввода-вывода (рекомендован компанией Tecon ).

выходное напряжение - 24 В.

мощность - 60 Вт.

3. Блок питания резервированного комплекса МФК LWN 1601-6.

Характеристики: - напряжение питания - 220 В.

выходное напряжение - 24 В.

мощность - 250 Вт.

. Блок питания SP41 для модулей ICP CON 7000. Предназначен специально для модулей этой серии.

Характеристики: - напряжение питания - 220 В.

выходное напряжение - 24 В.

количество каналов подключения модулей - 1.

. Блок питания P40A-1-1P2J 4А для питания коммутаторов.

Характеристики: - напряжение питания - 220 В.

выходное напряжение - 7,5 В.

мощность - 30 Вт.

. Источник бесперебойного питания Powercom KIN 800AP с автоматическим регулированием напряжения AVR. Полный цифровой микропроцессорный контроль и режим энергосбережения, автоматическое определение и выбор частоты 50/60Гц. Холодный старт, защита от молнии и перепадов напряжения, защита от короткого замыкания и перегрузок. Автоматическая подзарядка, индикация замены батареи, автоматическая диагностика и проверка батарей. Все модели снабжены светодиодной (LED) индикацией.

Характеристики: - напряжение питания - 220, 232, 240 В.

- мощность - 480 Вт.

время переключения ИБП с сети на батарею - 3 мс.

5.2.6 Промышленное компьютерное обрудование

Промышленный ПК Advantech IPC-510-SYS1-3 обеспечивает высокий уровень производительности при работе с современными приложениями. Благодаря промышленному исполнению он способен работать не только в офисе, но и в жестких условиях эксплуатации. На его функционирование не могут повлиять высокая влажность, экстремальные температуры, вибрации или удары. Для удобства эксплуатации разъемы USB и PS/2 вынесены на переднюю панель компьютера. Особенностью данной рабочей станции является ее низкая стоимость.

Технические характеристики: компьютер начального уровня в промышленном исполнении на базе ЦП Intel Celeron (2,53 GHz, 256 KB L2 cache, LGA 775, FSB 533 MHz). Включает в себя: шасси Advantech IPC-510MB-25Z; процессорную плату MB Intel D-915GAVL ATX (DDR 400, PCI Express* x16 graphics, Audio 6-channel, 2 PCI Express* x1 expansion slots); оперативную память DIMM DDR 256MB PC2700; два жестких диска HDD-80GB-SATA150; CD-RW 48X IDE; дисковод FDD 3.5" 1.44MB; два сетевых адаптера Ethernet «Surecom PCMCIA 16 bit full-duplex 10/100 64kB RAMВ».

Для лучшего восприятия и расположения мнемосхем на экране выбирается TFT-монитор c диагональю 19 дюймов LG TFT 1910P.

5.2.7 Выбор датчиков

Замене подлежат только датчики температуры тех сигналов, которые непосредственно участвуют в регулировании технологических процессов. К ним относятся: 3 термометра сопротивления (ТСМ), 15 термоэлектрических преобразователей ( 13 штук ТХК и 2 ТПП). Они заменяются на преобразователи температуры с унифицированным токовым выходным сигналом.

Конструктивные особенности: в головку датчика встроен измерительный преобразователь ИП-205, который и преобразует сигнал, поступающий с выхода первичного преобразователя в унифицированный токовый сигнал, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей. ИП-205 представляет собой печатную плату диаметром 43 мм, залитую с двух сторон компаундом, на которой размещены элементы электронной схемы.

Характеристики:

- выходные сигналы: 0-5 мА, 4-20 мА.

- Материал головки : стеклонаполненный полиамид ПА66.

- Степень защиты: особовзрывобезопасный уровень взрывозащиты.

Характеристики датчиков показаны ниже в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Характеристики датчиков

Тип и исполнение термопреобразователя

Диапазон преобразуемых температур

Предел допускаемой основной погрешности, %

Устанавливаемое количество

ТСМУ Метран -274 -50...+50

...180 0,25

,252

ТХАУ Метран -274 0...600

...200

...1200 0,5

,53

6. Экономическая часть

Одно из важных мест в производственном процессе занимает автоматизация. Внедрение автоматических устройств в производство для освобождения человека от участия в потоке информации называется автоматизацией производственных процессов.

В дипломном проекте рассматривается создание автоматизированной информационной системы диспетчерского контроля, а также автоматической системы управления технологических процессов котлоагрегатов.

Из практики известно, что создание информационно-управляющей системы (ИУС) путем полномасштабного демонтажа существующей системы контроля и управления (СКУ), требует больших единовременных затрат. Поэтому в данном дипломном проекте предлагается внедрение локальной ИУС, требующей гораздо меньше затрат. Создание этой системы предполагает замену небольшой группы старого автоматического оборудования на новое, более эффективное, малогабаритное и охватывающее не только один процесс, а все процессы котлоагрегатов. А именно замену старых регуляторов Протар на резервированный комплекс многофункционального контроллера, а также замену датчиков температуры группы «регулирования» на более современные. В настоящее время при существующей старой системы контроля и управления требуется большое количество машинистов, так как необходимо постоянно следить за всеми параметрами котлоагрегатов. Во внедряемой системе программное обеспечение информационной системы само оповещает оператора о предаварийных ситуациях звуковым и визуальным сигналом. Следовательно это позволяет уменьшить количество обслуживающего персонала - машинистов.

Обслуживающий персонал работает в две смены. Продолжительность одной смены 12 часов. Явочное количество в смену - 1 человек.

Для создания автоматизированной системы потребуется приобретение нового оборудования, что приведет к увеличению капитальных вложений. Кроме того, возникнут также затраты на монтаж и наладку системы. Однако из-за сокращения штата машинистов, в свою очередь приведет к экономии денежных средств. Для расчета срока окупаемости системы необходимо провести ряд расчетов, они будут приведены ниже.

6.1 Расчет затрат на внедрение оборудования

На приобретение оборудования для создания автоматизированной информационной системы диспетчерского контроля технологических процессов котлоагрегатов потребуются некоторые вложения капитала. В данном пункте будут рассмотрены как затраты на приобретение оборудования, так и затраты на монтаж, пуск и наладку системы, с учетом заработной платы специалистов, в обязанности которых входит установка, подключение и запуск системы. Все затраты на приобретение оборудования учтены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Расчет стоимости нового оборудования

№п	Наименование оборудования	Кол-во		Цена за еден., руб		Сумма		Норма амор.
	Резервированный комплекс МФК
1	Крейтовый контроллер	2		35779,98		71559,96		14,3
2	Процессорная плата Advantech PCM-5823 133MHz	2		19202,7		38405,4		14,3
4	Модуль ввода A16/0 (на 2 контроллера)	8		13430		107440		14,3
5	Модуль ввода D48 (на 2 контроллера)	4		7595		30380		14,3
6	Модуль ввода L16 (на 2 контроллера)	5		13000		65000		14,3
7	Модуль вывода D32 (на 2 контроллера)	4		7120		28480		14,3
8	Источник питания 220VAC/24DVC 60W MEAN WELL DR-4524 импульсный для питания умощнителей дискретных сигналов	1		615		615		4,4
9	Источник питания 220VAC/24DVC 60W TRACO TSL 060-124 импульсный для питания каналов дискретного ввода-вывода.	1		545		544		4,4
10	Автомат защиты от короткого замыкания цепей питания активного оборудования М ФК Legrand Lexic10 033- 92.	1		1450		1450		14,8
11	Блок питания LWN 1601-6 РК МФК	1		6000		6000		4,4
12	Клеммный модуль TCC 2A16	21		570		11970		14,3
13	Умощнитель TCB08S. 220В / 1А	7		4280		29960		14,3
14	Клеммный модуль TCC 2L16	4		450		1800		14,3
№п	Наименование оборудования	Кол-во	Цена за еден., руб		Сумма		Норма амор.
15	Клеммный модуль TCC L16i	6	550		3300		14,3
16	Клеммный модуль ТСС 9A-01	20	560		11200		14,3
	Модули ввода-вывода серии ICP CON 7000.
17	Аналоговые I-7017	8	3710		29680		14,3
18	Аналоговые I-7015	8	3400		27200		14,3
19	Аналоговые I-7019	2	3550		7100		14,3
20	Блок питания для модулей I-7000 на 24 В.	18	400		7 200		4,4
	Сетевое оборудование
21	Коммутатор Hirschman RS2-TX/TX 10/100 full-duplex на 7 портов, полнодуплексный режим	2	30000		60000		25
22	Блок питания P40A-1-1P2J 7.5v4a для коммутаторов Hirschman на 7,5 В	2	800		1600		4,4
23	Кабель NEOMAX NM1011 UTP5 «Витая пара» (1 катушка)	200м	9		1800		6,7
24	Кабель NEOMAX NM1011 UTP2 «Витая пара» (1 катушка)	500м	7		3500		6,7
25	Преобразователь интерфейсов I-7520 RS232 - RS485	1	1400		1400		14,3
26	Коннектор с колпачком под витую пару - вилка RJ-45	16	4,8		76,8		2
27	Сетевой адаптер Ethernet Surecom PCMCIA 16 bit full-duplex 10/100 64kB RAM	8	1650		13200		10
28	Клеммники К4514. Wago. 264-210. Клем. Блок 2,5кв. мм, безвинт 12 пар	25	286		7150		3
	Программное обеспечение
29	Среда разработки ISaFRAG PRO	1	125230		125230		-
30	Программа определения платформы МФК для ISaGRAF	1	8340		8340		-
31	Trace Mode v5.12 Proffeshional для Windows 2000 (1024 т.)	1	25019,17		25019,17		-
32	ПО для управляемых коммутаторов	1	10000		10000		-
	Компьютерное оборудование
32	Промышленная станция оператора Advantech IPC-510-SYS1-3	4	17200		68800		10
33	Монитор 19” LG TFT 1910P	4	14500		87000		10
34	ИПБ Powercom KIN 800AP	4	4500		27000		10
	Датчики температуры
35	ТСМУ (0 - 180 град.)	2	1320		2640		11,8
36	ТХАУ (0 - 1200 град.)	2	1410		2820		11,8
37	ТСМУ (-50...+50 град.)	2	1300		2600		11,8
38	ТХАУ (0 - 600 град.)	3	1380		4140		11,8
39	ТХАУ (0 - 200 град.)	10	1370		13700		11,8
	Итого:					907751,33

Таким образом, затраты на приобретение оборудования составили 907751,33 рублей.

Далее необходимо рассчитать затраты на монтаж, пуск и наладку оборудования. Эти затраты складываются из затрат на заработную плату специалистов, в обязанности которых входит монтаж, подключение и запуск системы, разработка и наладка. При расчете заработной платы применена повременная система оплаты труда. В фонд заработной платы при должностном окладе включены выплаты по районному коэффициенту - 40 %, северная надбавка - 50 %. Кроме того, премиальные 55 %. В дополнении к предыдущему - доплата за работу во вредных условиях труда 8 % и доплата за приемку смены производится только для электрослесаря по ремонту и обслуживанию.

Таблица 6.2 - Фонд заработной платы работников монтажа, пуска и наладки (по должностным окладам)

№ п/п	Наименование должности	Кол-во человек	Должностной оклад / часовая тарифная ставка	Кол-во дней / часов	Фактическая з/плата, руб.	Фонд з/платы, руб.	ЕСН, 26,4 %
1	Начальник ЦТАИ	1	7400	18	6342,86	18679,71	4931,44
2	Мастер ЦТАИ	2	5500	18	9428,57	27767,14	7330,53
3	Инженер по ЭТТО	1	5300	18	4542,86	13378,71	3531,98
4	Программист ПО	1	3950	30	5642,86	16618,21
5	Инженер-электронщик	1	5000	5	1190,48	3505,95	925,57
6	Электрослесарь по ремонту и обслужив-ю	1	3074	3	1433,79	4222,52	1114,75
7	Инженер АСУ	1	5760	18	4937,14	14539,89	3838,53
	Итого:	8			33518,56	98712,15	26060,01

Таблица 6.3 - Фонд заработной платы работников монтажа, пуска и наладки (по тарифным ставкам)

№ п/п	Наименование должности	Разряд	Кол-во человек	Часовая тарифная ставка	Кол-во часов	Фонд з/платы, руб.	ЕСН, 26,4 %
1	Газоэлектросварщик	5	1	16,53	16	778,89	205,63
2	Монтажник		2	14,94	20	1583,94	418,16
3	Электромонтер	5	1	14,94	10	439,98	116,16
	Итого:		4			2802,82	739,94

Расчет месячной заработной платы по должностным окладам для ИТР производится по следующей формуле:

(6.1)

где: - должностной оклад;

- среднемесячное количество дней (21);

- количество рабочих дней;

- количество человек;

- премиальные выплаты (55 %);

- районный коэффициент (1,4);

- северные надбавки (1,5).

Для электрослесаря по ремонту и обслуживанию расчет производится следующим образом

где: - доплата за вредные условия (8 %);

- доплата за приемку смены.

Расчет по тарифной ставке:

(6.2)

где: - месячный заработок по тарифной ставке, руб.;

- тарифная ставка, руб.;

- отработанное время, час.

Расчет производится исходя из среднемесячного количества дней по той причине, что работы по монтажу, пуску и наладке производятся не полный месяц.

Таким образом, заработная плата специалистам по установке и наладке оборудования составила:

· заработная плата по должностному окладу - 98712,15 рублей.

· заработная плата по тарифным ставкам - 2802,82 рублей.

В итоге получаем: (руб).

В затраты на монтаж, пуск и наладку включаются прочие расходы - 10 % от фонда заработной платы:

(руб.)

Зная затраты на приобретение оборудования, монтаж, пуск и наладку системы мы можем посчитать полные затраты на внедрение системы.

(6.3)

где : - дополнительные капитальные вложения, руб;

- затраты на приобретение нового оборудования, руб;

- затраты на монтаж, пуск и наладку системы, руб;

- прочие расходы, руб;

- единый социальный налог, руб;

- остаточная стоимость ликвидируемого оборудования.

Ликвидируемое оборудование подлежит продаже по остаточной стоимости, которая берется из таблицы 6.5 «Амортизационные отчисления ликвидируемого оборудования».

(руб).

6.2 Расчет затрат на текущее обслуживание

Затраты на обслуживание системы состоят из затрат на заработную плату обслуживающего персонала. Рассчитаем годовой фонд заработной платы по базовому варианту.

Таблица 6.4 - Годовой фонд заработной платы обслуживающего персонала

№ п/п	Наименование должности	Разряд	Кол-во человек	Должн. оклад, руб.	Фонд з/платы в год, руб.	ЕСН, 26,4 %
1	Начальник ЦТАИ		1	7400	261516	69040,2
2	Мастер ЦТАИ		2	5500	388740	102627
3	Инженер по ЭТТО		1	5300	187302	49447,7
4	Инженер АСУ		1	5760	203558,4	53739,4
5	Ст.машинист котельного оборудования	6	5	2618	611205,3	161358
6	Машинист центрального теплового щита управления котлами	5	5	2371	530926,5	140164,6
7	Машинист центрального теплового щита управления котлами	5	6	2114	574874,64	151766,9
8	Машинист-обходчик по котельному оборудованию	4	7	2017	660895,62	174476,44
9	Слесарь по обслуживанию электростанций	4	5	2017	472068,3	124626,03
10	Программист		1	3950	139593	36852,55
11	Электрослесарь по ремонту и обслуживанию КИПиА	5	10	3074	1318797,6	348162,57
	Итого:		44		5349477,36	1412262,02

Расчет месячной заработной платы по должностным окладам производится по следующей формуле:

(6.4)

где: - доплата за работу в ночное время;

Расчет для таких должностей как: начальник ЦТАИ, мастер ЦТАИ, инженер по ЭТТО, инженер АСУ и программист, производится по следующей формуле:

(6.5)

Информация о балансовой стоимости, амортизации и сроке эксплуатации оборудования получена на предприятии. Норма амортизации для каждого вида оборудования взята из «Единых норм амортизацинных отчислений на полное восстановление основных фондов народного хозяйства». Амортизация по данным предприятия составляет 75917,75 рублей.

Расчет остаточной стоимости оборудования производится по формуле

(6.6)

где: - остаточная стоимость;

- балансовая стоимость оборудования;

- норма амортизации;

- количество одноименного оборудования.

- срок службы оборудования.

Результаты расчетов оформим в виде таблицы 6.5:

Таблица 6.5 - Амортизационные отчисления ликвидируемого оборудования

№	Название оборудования	Тип	Ба-лан. стоим.	Кол-во	Сум. балан. стоим.	Срок службы, лет	Норма амор-ии.	Оста-точ. стоим.	Сумм оста-точ. ст-ть.
1	Протар	101	14300	4	57200	5	14,3	4075,5	16302
		111	15035	6	90210	5	14,3	4284,98	25709,85
		112	15035	12	180420	5	14,3	4284,98	51419,7
		120	15035	2	30070	5	14,3	4284,98	8569,95
		130	16000	9	144000	5	14,3	4560	41040
№	Название оборудования	Тип	Ба-лан. стоим.	Кол-во	Сум. балан. стоим.	Срок службы, лет	Норма амор-ии.	Оста-точ. стоим.	Сумм оста-точ. ст-ть.
2	Термопары	тхк	335	13	4355	8	11,8	18,76	243,88
		тпп	3060	2	6120	7	11,8	532,44	1064,88
	Термометры сопротивления ТС	тсм	340	3	1020	4	11,8	179,52	538,56
		тсп	490	2	980	6	11,8	143,08	286,16
4	Усилитель для ТС	БУС-10	2970	3	8910	7	7,1	1493,91	4481,73
5	Усилитель для термопар	БУТ-10	3594	8	28752	9	7,1	1297,434	10379,47
	Итого:		86529	137	552037			25174,33	160036,2

Составим смету годовых расходов на содержание и эксплуатацию оборудования по базовому варианту.

Таблица 6.6 - Смета годовых расходов на содержание и эксплуатацию оборудования по базовому варианту

№ п/п	Наименование статей расходов	Сумма рублей в год
1	Годовой фонд з/платы обслуживающего персонала	5349477,36
3	ЕСН - 26,4 %	1412262,02
4	Затраты на ремонт оборудования	55203,7
5	Амортизация оборудования	75917,75
6	Прочие расходы	534947,74
7	Затраты на электроэнергию	5790,01
	Итого:	7433598,58

Затраты на ремонт взяты по данным предприятия. Отчисления на социальные нужды составляют 26,4 % от годового фонда заработной платы обслуживающего персонала. Прочие расходы составляют 10 % от годового фонда заработной платы. Затраты на электроэнергию рассчитываются по следующей формуле:

(6.7)

где: - суммарная мощность ликвидируемого оборудования (кВт).

- стоимость одного киловат-часа.

(руб).

Вследствие внедрения новой системы регулирования и мониторинга происходит упрощение слежения за ходом технологического процесса.

Вследствие последнего происходит высвобождение рабочего времени персонала котлотурбинного цеха, штат сотрудников сокращается, следовательно, произойдет экономия годового фонда заработной платы, снижается ЕСН. Сокращение штата производится благодаря тому, что одна промышленная рабочая станция устанавливается для двух котлоагрегатов, за которой будет сидеть один оператор. Так как управление с их помощью не происходит, следовательно непрерывного слежения за мнемосхемами на станциях не обязательно. Этот машинист вполне может при необходимости производить контроль за выделенной ему группой приборов на щите.

Таблица 6.7 - Расчет экономии фонда заработной платы

№ п/п	Наименование должности	Разряд	К-во чел.	Должн. окл., руб.	Фонд з/пл в год руб.	ЕСН 26.4 %
1	Ст.машинист котельного оборудования	6	2	2618	244482,12	64543,28
2	Машинист центрального теплового щита управления котлами	5	2	2271	212370,6	56065,84
3	Машинист-обходчик по котельному оборудованию	4	1	2017	94413,66	24925,21
4	Электрослесарь по ремонту и обслуживанию КИПиА	5	1	3074	131879,76	34816,26
	Итого:		6		683146,14	180350,58

Расчет годовых расходов на содержание и эксплуатацию оборудования по проектному варианту входит:

- годовой фонд заработной платы, рассчитывается как годовой фонд з/платы по базовому варианту за минусом экономии фонда заработной платы

(6.8)

(руб.).

- единый социальный налог - 26,4 % от годового фонда заработной платы обслуживающего персонала;

- затраты на ремонт нового оборудования - 5 % от общей стоимости нового оборудования;

амортизация, начисленная в соответствии с нормами для каждого прибора % (см. таблицу 6.1. «Расчет стоимости нового оборудования»);

прочие расходы - 10 % от годового фонда заработной платы;

затраты на монтаж, пуск и наладку - по расчету.

затраты на электроэнергию по проектному варианту - 2060,1 Вт, в денежном выражении - 6496,73 рубля.

стоимость базового оборудования - 160036,18 руб. (см. таблицу 6.5);

стоимость проектируемого оборудования - 907751,33 руб. (см. таблицу 6.1)

Таблица 6.8 - Смета годовых расходов на содержание и эксплуатацию оборудования

№	Наименование статей	Сумма в год, руб.
		Базовый вариант	Проектный вариант
1	Годовой фонд з/платы обслуживающего персонала	5349477,36	4666331,22
2	ЕСН - 26,4 %	1412262,02	1231911,44
3	Затраты на ремонт оборудования	55203,7	45387,57
4	Амортизация оборудования	75917,75	102149,33
5	Прочие расходы	534947,74	466633,12
6	Затраты на электроэнергию	5790,01	6496,73
	Итого:	7433598,58	6518909,41

6.3 Расчет экономической эффективности внедряемого проекта

Рассчитаем годовую экономию средств на содержание и эксплуатацию оборудования. Результаты расчетов занесем в таблицу 6.9.

Таблица 6.9 - Годовая экономия средств на содержание и эксплуатацию оборудования

№	Наименование статей расходов	Базовый вариант	Проектный вариант	Экономия
		Сумма, руб.	Сумма, руб.	Руб.
1	З/П обслуживающего персонала	5349477,36	4666331,22	683146,14
2	ЕСН - 26,4 %	1412262,02	1231911,44	180350,58
3	Затраты на ремонт оборудования	55203,7	45387,57	9816,13
4	Амортизация оборудования	75917,75	102149,33	-26231,58
5	Прочие расходы	534947,74	466633,12	68314,62
6	Затраты на электроэнергию	5790,01	6496,73	-706,72
	Итог:	7433598,58	6518909,41	914689,17

Прирост прибыли при внедрении автоматической системы составил 948408,53 рублей.

Срок окупаемости системы можно рассчитать как отношение затрат на внедрение системы к приросту прибыли.

(6.9)

где: - срок окупаемости системы, лет;

- дополнительные капитальные вложения, руб.;

- Прирост прибыли, руб.

лет. (11,6 месяца)

Коэффициент экономической эффективности является обратной величиной срока окупаемости:

(6.10)

Технико-экономические показатели для наглядного представления экономической эффективности внедряемой системы сведены в таблице 6.10 и на листе 6 графической части дипломного проекта.

Таблица 6.10 - Основные технико-экономические показатели

№	Наименование показателей	Единицы измерения	По базовому варианту	По проектному варианту
1	Дополнительные капитальные вложения	руб.	-	886181,55
2	Годовой фонд з/платы обслуживающего персонала	руб.	5349477,36	4666331,22
3	ЕСН - 26,4 %	руб.	1412262,02	1231911,44
4	Амортизация оборудования	руб.	75917,75	102149,33
5	Затраты на ремонт оборудования	руб.	55203,7	45387,57
6	Прочие расходы	руб.	534947,74	466633,12
7	Прирост прибыли	руб.	-	914689,17
8	Затраты на электроэнергию	руб.	5790,01	6496,73
9	Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений	лет	-	0,97
10	Коэффициент экономической эффективности	-	-	1,03

Представим основные статьи затрат в виде гистограммы:

Экономия средств по основным статьям затрат

- Годовой фонд з/платы обслуживающего персонала; 2 - ЕСН; 3 - Прочие расходы.

а) б)

1 - Амортизация оборудования; 2 - Затраты на ремонт оборудования; 3. Затраты на электроэнергию. Рисунок 6.1 - Экономия средств

6.4 Вывод экономического расчета

Анализируя расчеты, проведенные в данной экономической части, можно прийти к выводу, что внедрение автоматизированной информационной системы диспетчерского контроля технологических процессов котлоагрегатов выгодно, так как это позволяет:

снизить фонд заработной платы на 683146,14 рублей, вследствие сокращения

штата машинистов котлотурбинного цеха,

по выше изложенной причине сократить величину ЕСН,

снизить затраты на ремонт оборудования на 9816,13 рублей,

снизить прочие расходы на 68314,62 рублей.

вести наблюдение за параметрами котлоагрегатов;

прирост прибыли составил 914689,17 рублей.

7. Безопасность жизнедеятельности

Анализ условий труда диспетчера

В настоящее время развитие научно - технического прогресса позволяет людям чувствовать себя более комфортно в городах. По сравнению с прошлым веком, в веке нынешнем появилось множество различных, доступных большинству людей удобств, таких как: водопровод, теплоснабжение, централизованная система освещения. Уже практически невозможно представить себе жизнь без этих благ цивилизации, которые стали привычны. Теплоснабжение является одной из основных подсистем энергетики. На теплоснабжение народного хозяйства и населения расходуется около 1/3 всех используемых в стране первичных топливно-энергетических ресурсов.

Основными направлениями совершенствования этой подсистемы являются концентрация и комбинирование производства теплоты и электрической энергии (теплофикация) и централизация теплоснабжения. Централизованное теплоснабжение от теплоэлектроцентралей сочетается с целесообразным применением экономичных котельных установок и утилизацией вторичных энергоустановок промышленных предприятий. Каждый из этих источников теплоснабжения имеет свою область целесообразного использования.

Развитие промышленности и широкое жилищно-коммунальное строительство вызывает непрерывный рост тепловой нагрузки. При централизованном теплоснабжении строят крупные котельные или ТЭЦ, обеспечивающие теплом большое количество потребителей. Одновременно идет процесс концентрации этой нагрузки в крупных городах и промышленных районах, что создает базу для дальнейшего развития теплофикации и централизованного теплоснабжения. В системах центрального отопления и районного теплоснабжения источниками тепловой энергии являются водяные и паровые котлы, устанавливаемые в котельных.

В качестве теплоносителя при теплофикации используется главным образом горячая вода, которая подается к потребителям по трубам тепловых сетей.

Важнейшими задачами теплоэнергетиков являются разработка и внедрение в системах теплоснабжения рациональных тепловых и гидравлических режимов, технических и организационных мероприятий, обеспечивающих максимальную экономичность работы этих систем, высокую эффективность и надежность их эксплуатации, а также нормального микроклимата в жилых, общественных и производственных помещениях. Разработка и внедрение указанных режимов и мероприятий являются предметом наладки централизованных систем теплоснабжения.

При выполнении наладочных работ необходимо также по мере возможности разрабатывать мероприятия по совершенствованию организации эксплуатации и подготовки персонала, снижению тепловых и гидравлических потерь в сети и утечки теплоносителя, улучшению качества подпиточной воды, борьбе с внутренней и наружной коррозией, а также по организации учета отпуска и потребления теплоты.

7.1 Организация и оборудование рабочего места с ПЭВМ

Трудовая деятельность персонала тесно связана с его рабочим местом и зоной обслуживания основного и вспомогательного оборудования.

Рабочим местом оператора считается зона его трудовой деятельности в помещении, отведенном для поста управления. Последний должен быть оснащен комплексом технических средств (КТС), необходимых для контроля и управления технологическим процессом.

При организации автоматизированного рабочего места оператора ЭВМ, согласно санитарным нормам и правилам (СанПиН) 2.2.2.542-96, необходимо обратить внимание на следующие условия:

1. Для обеспечения нормальных условий труда санитарные нормы устанавливают на одного работающего объем производственного помещения не менее 20 м3, а площадь - не менее 6 м2.

Ширина проходов с передней стороны пультов и панелей - не менее 1 м, а расстояние между ПЭВМ и дисплеями должно быть не менее 2 м, расстояние от стен при однорядном размещении дисплеев должно быть не менее 1м.

. ПЭВМ устанавливается в хорошо вентилируемых помещениях с комбинированным освещением. Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток.

3. Необходимо выполнять требования о минимально допустимом расстоянии между лицом пользователя и экраном (не менее 50-70 см)

. Необходима установка защитных приэкранных фильтров.

. Необходимо надежное заземление помещений с ПЭВМ для уменьшения «электромагнитного фона».

. Должны устанавливаться розетки электропитания, выполненные по евростандартам.

При полном выполнении его норм вредное воздействие ЭВМ (ПК) может быть сведено к минимуму.

Требования к организации и оборудованию рабочего места сотрудника вычислительного центра приведены в ГОСТ 12.2.032-78. Высота рабочей поверхности стола для пользователей должна регулироваться в пределах 680-800 мм; при отсутствии таковой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм.

Модульными размерами рабочей поверхности стола для ПЭВМ, на основании которых должны рассчитываться конструктивные размеры, следует считать: ширину 800, 1200, 1400 мм, глубину 800 и 1000 мм при нерегулируемой высоте, равной 725 мм.

Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной - не менее 500 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм.

Рабочий стул (кресло) должен быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также - расстоянию спинки до переднего края сиденья.

Рабочее место необходимо оборудовать подставкой для ног, имеющей ширину не менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности подставки до 20 градусов. Поверхность подставки должна быть рифленой и иметь по переднему краю бортик высотой 10 мм.

Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии 100-300 мм от края, обращенного к пользователю, или на специальной регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.

Конечной целью специальных мероприятий по организации рабочего места служит оптимизация условий трудовой деятельности оперативного персонала.

7.2 Освещение производственного помещения

Рациональное освещение помещений - один из наиболее важных факторов, от которых зависит эффективность трудовой деятельности человека.

Хорошее освещение необходимо для выполнения большинства задач оператора, снижает утомляемость, позволяет легко различать цвет и размеры объектов труда, способствует длительному сохранению работоспособности, росту производительности труда, повышает безопасность труда, благотворно влияет на общее психологическое состояние работающего. Для того, чтобы спланировать рациональную систему освещения, учитывается специфика рабочего задания, для которого создается система освещения, скорость и точность, с которой это рабочее задание должно выполняться, длительность его выполнения и различные изменения в условиях выполнения рабочих операций. Практика показывает, что только за счет улучшения освещения на рабочих местах достигался прирост производительности труда от 1,5 до 15 %.

В зависимости от источника света производственное освещение может быть двух видов естественное и искусственное. Естественное освещение бывает:

1. боковое, осуществимое через световые проемы в наружных стенах;

2. верхнее, осуществимое через аэрационные и зенитные фонари, проемы в перекрытиях;

. комбинированное, когда к верхнему освещению добавляется боковое.

Искусственное освещение может быть двух систем - общее и комбинированное, когда к общему освещению добавляется местное, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах.

Свет - электромагнитные излучения с широким спектром длин волн. Зрительный аппарат человека воспринимает широкий диапазон видимых излучений от 380 до 770 нм, т.е. от ультрафиолетовых до инфракрасных излучений.

Для характеристики зрительных условий работы используются различные светотехнические показатели.

Сила света (I) - основная светотехническая единица, которая определяется плотностью светового потока в данном направлении, измеряется в канделах (кд);

Световой поток (Ф) - часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет; характеризует мощность светового излучения, измеряется в люменах (лм):

, (7.1)

где: w - телесный угол в пределах которого световой поток распространяется.

Освещенность (Е) - поверхностная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока Ф, равномерно падающего на освещаемую поверхность S (м2), к ее площади , измеряется в люксах (лк):

(7.2)

Освещенный предмет будет тем лучше виден, чем большую силу света получает его поверхность в направлении к наблюдателю. Поэтому угол, под которым на-

блюдается освещенная поверхность, имеет существенное значение. Эта особенность оценивается яркостью поверхности (В):

(7.3)

где: φ - угол между нормалью к светящей поверхности и заданным

направлением.

Единицей яркости является канделла на метр квадратный (кд/м2).

Фон - поверхность на которой находится рассматриваемый объект, характеризующийся коэффициентом отражения (P):

, (7.4)

где: Фр - отраженный световой поток, лк.

Рабочая поверхность - поверхность стола или оборудования, на котором производится работа.

Объект различия - рассматриваемый предмет, отдельная его часть или различаемый дефект.

Коэффициент пульсации освещенности Кпо- оценивает относительную глубину колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током.

, (7.5)

где: Еmax , Еmin - максимальная и минимальная освещенность за период ее коле- бания, лк; Еср - среднее значение освещенности за тот же период.

Наиболее важную роль в трудовом процессе имеют такие функции зрения, как контрастная чувствительность, острота зрения, быстрота различения деталей, устойчивость видения и цветовая чувствительность.

Контрастную чувствительность характеризует видимость (V) - это способность глаза воспринимать объект наблюдения.

(7.6)

где: К - контраст объекта и фона, Кп - пороговый контраст, т.е. наименьший контраст, различимый глазом.

Таблица 7.1 - Рекомендуемые значения освещенности рабочего места

Тип рабочего места или характер выполняемой работы	Освещенность, лк
	рекомендуемые значения	минимальные значения
Наблюдение за измерительными приборами, испытания, проверка	500	300
Периферийные устройства ЭВМ, конторское оборудование	800	300
Выполнение записей	700	500
Ремонтные работы: общие приборные	500 2000	300 1000

Описание помещения, в котором располагается рабочее место оператора ЭВМ

Помещение, в котором находится рабочее место оператора, имеет следующие характеристики:

- длина помещения 6 м;

ширина помещения 3 м;

высота 3 м;

число окон 1;

количество рабочих мест 1;

- окраска интерьера: белый потолок, бледно-зеленые стены, пол бетонный, покрытый линолеумом зеленого цвета.

7.3 Расчет освещения рабочего места

В помещении, где находится рабочее место оператора, используется смешанное освещение, т.е. сочетание естественного и искусственного освещения.

В качестве естественного - боковое освещение через окна. Искусственное освещение используется при недостаточном естественном освещении. В данном помещении используется общее искусственное освещение.

Расчет освещения осуществляется по методу светового потока с учетом потока, отраженного от стен и потолка.

Нормами для данных работ установлена необходимая освещенность рабочего места Ен = 300 лк (средняя точность работы по различению деталей размером от 1 до 10 мм).Общий световой поток определяется по формуле:

(7.7)

где: Ен = 300 лк - нормированная освещенность для работ средней точности,

К = 1,5 - коэффициент, учитывающий старение ламп и загрязнение светильников;

- площадь помещения;

Z = 1,1 - коэффициент, характеризующий неравномерность освещения, для люминесцентных ламп;

N - число светильников;

η - коэффициент использования светового потока, определяется в зависимости от коэффициентов отражения от стен, потолка, рабочих поверхностей, типов светильников и геометрии помещения.

Для определения η находим индекс помещения:

, (7.8)

где: А = 3 м и В = 6 м - ширина и длина помещения;

h = 2,3 м - высота подвеса светильника, т.е. расстояние от светильника до освещаемой поверхности.

(7.9)

Выберем коэффициент использования η светового потока по следующим данным:

- коэффициент отражения побеленного потолка ρп = 70%;

коэффициент отражения от стен, окрашеных в светлую краску,

ρс = 50%, η = 55 %.

По формуле (7.7) определяем общий световой поток:

(лм) (7.10)

В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ. Люминесцентные лампы имеют ряд преимуществ перед лампами накаливания: их спектр ближе к естественному; они имеют большую экономичность (больше светоотдача) и срок службы (в 10-12 раз). Наряду с этим имеются и недостатки: их работа сопровождается иногда шумом; хуже работают при низких температурах; их нельзя применять во взрывоопасных помещениях; имеют малую инерционность.

Для нашего помещения люминесцентные лампы подходят. По найденному значению светового потока выбираем ближайшую стандартную лампу - ЛХБ40-4 (лампы холодного белого света) или ЛДЦ40-4 (лампы дневного света). В качестве светильников выбираем марку ЛПОО2-2*40.

Таким образом, чтобы обеспечить необходимый уровень освещения нужно использовать 2 светильника по 2 лампы ЛХБ40-4 (или ЛДЦ40-4) в каждом. Мощность одной лампы 40 Вт.

Освещенность при заданном размещении светильников:

лк (7.11)

Минимально допустимая освещенность для работ средней точности Ен= 300 лк, расчетная освещенность Ерки = 300 лк.

7.4. Особенности освещения рабочих мест с видеотерминальными устройствами

Все общие требования к освещению помещений учреждений применимы также к освещению рабочих мест у видеоэкранов дисплейных устройств. Однако имеется целый ряд особенностей работы у видеоэкранов, которые необходимо учитывать. Кроме тщательного ограничения отражения это связывается, прежде всего, с правильным выбором уровня освещенности и проблем уменьшения скачков яркости при смене поля зрения. Источники света, такие как светильники и окна, которые дают отражение от поверхности экрана, значительно ухудшают точность знаков.

Наиболее важным является соотношение яркостей при нормальных условиях работы, т.е. освещенность на рабочем месте около 300 лк и средняя плотность заполнения видеоэкрана. Отражение, как на экране, так и на рабочем столе и клавиатуре влечет за собой помехи физиологического характера, которые могут выразиться в значительном напряжении, особенно при продолжительной работе. Отражение, включая отражения от вторичных источников света, должно быть сведено к минимуму. Для защиты от избыточной яркости окон могут быть применены занавеси, шторы, экраны и жалюзи.

Использование дополнительного освещения рабочего стола, например, для освещения документов с нечетким шрифтом, увеличивает соотношение яркостей между документацией и экраном, и является нежелательным без соответствующей регулировки яркости экрана.

Основываясь на результатах выполненных расчетов (расчетная освещенность Ерки = 300 лк, при минимально допустимой освещенности для работ средней точности Ен= 300 лк), следует, что для оптимальных условий труда оператора ЭВМ необходимо общее освещение помещения со световым потоком 8100 лм, которое обеспечит два светильника марки ЛПОО2-2*40 с двумя люминесцентными лампами типа ЛХБ40-4 (или ЛДЦ40-4). Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещениях использования ПЭВМ следует проводить чистку светильников не реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.

Кроме того, рекомендуется использовать ряд специальных мер по защите оператора от вредных факторов экрана дисплея.

8. Экология. Экологические проблемы энергетики и перспективы их решений

.1 Происхождение проблемы

Многие экологи мира регулярно предупреждали общественность о постоянном усилении так называемого тепличного (парникового) эффекта на Земле. Массовые катастрофические наводнения летом 2002 г. явились для населения Европы, Азии и Америки настолько неожиданными, словно о таких последствиях тепличного эффекта люди узнали впервые. Между тем, одной из главных причин разбалансировки климата Земли являются газовые и аэрозольные выбросы в атмосферу всего промышленного комплекса, и прежде всего энергетики.

Основным источником всех видов энергии для современного промышленного комплекса Земли служит ископаемое топливо - уголь, нефть, газ, торф, сланцы, которое на протяжении миллионов лет аккумулировало вместе с солнечной энергией и углекислоту из атмосферы. В современной теплоэнергетике все эти высокомолекулярные углеводороды при сжигании высвобождают не только углекислоту, но и другие газы и мелкодисперсные аэрозоли. Например, только в Иркутской области по свидетельству ежегодного Государственного доклада «О состоянии окружающей природной среды Иркутской области» газовые выбросы теплоэнергетики составляют 38% всех выбросов стационарных источников загрязнений атмосферы.

При этом экологи настойчиво и постоянно рекомендуют использовать так называемые альтернативные источники энергии - солнечные и ветроэлектростанции, приливные и геотермальные энергоустановки. Однако простые расчеты на основе постоянной солнечного излучения убедительно показывают, что даже самое массовое использование таких источников энергии не позволит удовлетворить потребности человечества в энергии, если даже покрыть всю поверхность Земли гелио- и ветроэнергоустановками. А размещение пригодных к эксплуатации приливных и геотермальных установок потребует таких протяженных энергомагистралей (тепловых и электросетей), которые сведут на нет всю эффективность их работы. Другими словами, так называемые альтернативные источники энергии могут рассматриваться в качестве экологически безопасных лишь при малых масштабах их использования, то есть для энергообеспечения удаленных от промышленных центров потребителей низких мощностей (небольших поселений, временных экспедиций, удаленных островов и т. п.).

Надо заметить, что для таких прихотливых источников энергии, производительность которых полностью зависит от погоды, для обеспечения устойчивости энергоснабжения требуются аккумуляторы - продукция наиболее экологически опасная. Такие страны, как Япония, дорого дали бы за надежный, экологически безопасный альтернативный источник энергии, но несмотря на исключительную восприимчивость японской техники и технологии ко всему новому, ничего конкурентоспособного в масштабах национальной энергетики не представлено.

Таким образом, перед энергетикой ближайшего будущего экология ставит весьма трудные проблемы отраслевого научно-технического прогресса. В свою очередь, эти проблемы могут быть классифицированы по времени их разрешения на первоочередные, не терпящие отлагательства, и на перспективные, для разрешения которых необходимо подготовить фундаментальные научно-технические решения.

.1.1 Теплоэнергетика

Так как в настоящее время она имеет преимущественное значение для функционирования промышленного комплекса, то естественным является стремление специалистов отрасли своими средствами решить экологические проблемы. Применяемые в настоящее время на теплоэлектроцентралях электрофильтры позволяют очищать дымовые газы ТЭЦ на 99-99,5%, но лишь от твердых компонентов, то есть от сажи и золы, не очищая газовые выбросы от мелкодисперсных компонентов и от газов, среди которых не только СО2, но и ядовитые , , и другие примеси в зависимости от химического состава топлива. В этой связи существуют некоторые технические решения, которые по

степени реализуемости представляются в качестве первоочередных мер по экологизации теплоэнергетики. Для этого используются фильтры: электрофильтр дымовых газов, дымовой электрофильтр, ионно-лучевой дымовой фильтр.

8.1.2 Тепловые насосы

Тепловые насосы давно интересуют энергетиков в качестве возможных источников энергии за счет теплосодержания окружающей среды. С позиций экологической безопасности такие энергоисточники явились бы идеальными энергоустановками, так как они принципиально не могут обусловливать тепличный эффект. К сожалению, среди тепловых насосов распространение на практике получили такие теплообменники, которые содержат испаритель и конденсатор, так как используют фазовый переход жидкость - пар, характеризующийся значительным перепадом температур между агентами. Именно данное свойство не позволяет обеспечить тепловым насосам, используемых преимущественно в качестве холодильников, достаточно высокий коэффициент энергоэффективности, не превышающий на практике значения 5,6. Такое значение коэффициента приемлимо для маломощных холодильников, но совершенно не пригодно для энергоустановок больших мощностей.

8.2 Влияние вредных выбросов теплоэлектростанций на человека и природу

Выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб электростанций токсичные вещества оказываю вредное воздействие на весь комплекс живой природы - биосферой. Биосфера включает в себя прилегающий к поверхности земли слой атмосферы, верхний слой почвы и верхние слои водных поверхностей.

Воздействие выбросов может рассматриваться в двух аспектах - для того или иного участка поверхности Земли в тот или иной отрезок времени (локальное воздействие) или общее воздействие на биосферу с учетом нарастающих темпов развития промышленности (глобальное воздействие).

Токсичные вещества, содержащиеся в дымовых газах, воздействуют на растения, животный мир и людей, а также на строительные конструкции, здания и сооружения.

Наиболее чувствительным к содержанию SO2 являются растения. Токсичное воздействие SO2 связано с повреждением поверхности листьев или хвои из-за разрушения содержащегося в них хлорофила. Лиственные растения, ежегодно сбрасывающие листву, менее подвержены действию SO2.

Наоборот, хвойные растения сильнее подвержены влиянию токсических примесей.

Что касается неблагоприятного влияния атмосферных загрязнений на людей, то наиболее подробные данные имеются по влиянию взвешенных веществ и двуокиси серы.

Первым возможным отрицательным воздействием атмосферных загрязнений на людей являются - токсические туманы (резкое возрастание концентрации атмосферных загрязнений и неблагоприятные метеорологические условия). Туманы по своему воздействию на людей имеют общие черты: резкий подъем концентраций в воздухе сернистого газа и взвешенных веществ в период неблагоприятных метеорологических условий.

Второе проявление действия токсических веществ, загрязняющих атмосферу, связано с хроническими неспецифическими заболеваниями. В качестве загрязнителей в окружающую среду поступают также различные окислы азота. Будучи токсичными для человека, они обладают резко выраженным раздражающим действием, особенно на слизистую оболочку глаза. Оксиды азота плохо растворимы в жидких средах, в связи с чем они способны глубоко проникать в легкие, вызывая повреждения альвеолярного эпителия и бронхов.

8.3 Снижение вредных выбросов в атмосферу на ТЭЦ

С продуктами сгорания котельных и ТЭЦ в атмосферу поступает большое количество токсичных веществ, отрицательно влияющих на здоровье человека и животных.

При сжигании твердых топлив в котлах образуется значительное количество золы, диоксида серы и оксидов азота (а в основном NO), газообразные и твердые продукты неполного сгорания.

В настоящее время имеется ряд методов, позволяющих снижать концентрацию оксидов азота в дымовых газах: рециркуляция дымовых газов, двухступенчатое сжигание топлива, снижение температуры подогрева воздуха, повышение температуры подогрева топлива, рассредоточения зоны горения и изменения скорости охлаждения факела, каталитические присадки к топливу , в том числе и добавки воды.

На предприятиях теплоэнергетики для улавливания взвешенных частиц и вредных примесей применяют: инерционные и мокрые золоуловители, электрофильтра.

В качестве инерционных (механических) золоуловителей наибольшее применение получили циклоны, в которых осаждение происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока дымовых уходящих газов. В настоящее время устанавливаются батарейные циклоны, составленные из циклонов малого диаметра 250 мм. Степень улавливания батарейных циклонов находится на уровне 82 - 90% при гидравлическом сопротивлении 500 - 700Па.

Наиболее перспективным типом золоуловителей для крупных ТЭЦ являются электрофильтры, которые могут обеспечить высокую степень очистки газов без снижения температуры и увлажнения уходящих дымовых газов.

Широкое применение электрофильтров на теплоэнергопредриятии для улавливания твердых и жидких частиц уходящих дымовых газов обусловлено их универсальностью и высокой степенью очистки газов при сравнительно низких энергетических затратах. Установки электрической очистки газов способны работать с эффективностью до 99%, а в ряде случаев и до 99,9%, причем

способны улавливать частицы любых размеров, включая и субмикронные, при концентрации частиц в газе до 50 г/м3 и выше.

Электрофильтры отличаются относительно низкими эксплуатационными затратами. Это объясняется тем, что гидравлическое сопротивление правильно спроектированного электрофильтра не превышает 100-150 Па, то есть является минимальным по сравнению с другими газоочистными аппаратами, а затраты электроэнергии на создание электрического поля также невелики и составляют обычно 0,36-1,8 МДж (0,1-0,5 кВт.ч) на 1000 м3 газа.

Однако капитальные затраты на сооружение установок электрофильтров весьма высоки ввиду того, что эти аппараты металлоемки и занимают большую площадь, а также снабжаются специальными повышающими и выпрямительным агрегатами для электропитания. При этом с уменьшением производительности установок по газу удельные капитальные затраты сильно возрастают.

Необходимо учитывать то, что выбросы из дымовых труб должны быть рассеяны в атмосфере, т.е. продукты полного сгорания почти не содержат кислорода, а поэтому не пригодны для дыхания. Таким образом, любой инертный газ должен быть разбавлен воздухом до такой концентрации, чтобы содержание кислорода в нем приближалось к обычной его концентрации в атмосферном воздухе. Положение значительно осложняется если, в отходящих газах содержатся токсичные вещества - SO2, SO3, CO, NO2, зола и углеводороды. Даже малые концентрации этих веществ , превышающие предельно допустимые, приводят к вредному воздействию на растительность, животный мир и людей.

Современный уровень очистительной техники позволяет уменьшить содержание вредных выбросов с дымовыми газами. Однако при всех способах очистки топлива и дымовых газов определенное количество вредностей остается в выбросах.

Это относится в первую очередь к веществам, находящимся в газовой фазе. Рассеивание их в воздушном океане до уровня концентрации, когда они становятся безопасными для живой природы, является чрезвычайно важной задачей.

Большим преимуществом тепловых электростанций в сравнении с небольшими топливоиспользующими установками является возможность эффективной организации отвода мощного, направленного вверх, горячего дымового факела через высокие дымовые трубы, где дымовые газы перемешиваются с верхними слоями атмосферы. Мелкие потребители топлива, как, например, автотранспорт, домовые камины и др., не в состоянии организовать такой отвод отходящих газов и вредные примеси оказываются на уровне дыхания.

При рассеивании вредных примесей до концентрации, не превышающей научно обоснованных норм, их присутствие в атмосфере практически не влияет на живую природу. Не следует противопоставлять одни методы борьбы с примесями - очистка топлива и газов - рассеиванию в атмосфере, так как только оба этих метода в комплексе могут дать необходимый эффект.

Первоначальным назначением дымовых труб являлось удаление дымовых газов теплоэнергетических установок за счет разности плотностей холодного воздуха и горячих дымовых газов. Для этих целей применялись не высокие дымовые трубы, выполненные из металла или кирпича.

С развитием энергетики происходит укрупнение единичной мощности агрегатов при одновременном снижении качества топлива - повышении зольности и содержания серы. Это привело к необходимости использования дымовых труб для рассеивания содержащихся в дымовых газах вредных примесей в атмосферном воздухе для снижения их концентрации до необходимого уровня. По мере укрупнения теплоэлектростанций и использования сернистых и зольных топлив потребовались трубы большой высоты - 100, 200, 300 м и более .

Существенного увеличения теплового подъема факела можно достигнуть, увеличивая количество выбрасываемого газа, также велико влияние атмосферных факторов - скорость ветра. При увеличении скорости ветра резко падает тепловой подъем. Опасная скорость ветра - это такая скорость при которой для заданного состояния атмосферы концентрации вредных примесей на уровне дыхания людей достигает своей максимальной величины. Для расчетных условий дымовых труб тепловых электростанций состояние атмосферы характеризуется развитым турбулентным обменом.

8.4 Методы удаления отходов с территории ТЭЦ при сжигании твердых топлив

Количество золы, в том или ином виде образующейся при сжигании твердых топлив и удаляемой с территорий ТЭЦ, в настоящее время в России составляет около 70 млн. т/год.

Сжигающее твердое топливо, золу приходится транспортировать на золоотвалы, находящиеся иногда на значительном расстоянии (до 20 км) от электростанции. Общая площадь, занятая золоотвалами, занимает около 10 - 12 тыс.га. Эта площадь в течение 7 - 12 лет считается непригодной для сельского хозяйства.

Существует два вида удаления золы с территории ТЭЦ : сухие и мокрые. Главным достоинством сухих систем (пневмотранспорт) является отсутствие потребления воды, но они пока дороги. Мокрые системы основаны на гидротранспорте золы, который является наиболее экономичным способом удаления. Зола вместе с водой (в виде пульпы) подается на золоотвалы, где происходит отстаивание грубодисперсных примесей, а осветленная вода может либо сбрасываться в водоем (прямоточная система), либо возвращаться обратно на ТЭЦ для повторного использования (оборотная система).

Зола содержит в небольших количествах ценные для народного хозяйства, но токсичные соединения германия, ванадия, мышьяка, ртути, бериллия, фтора. В небольших концентрациях в воду могут переходить и канцерогенные вещества, образующиеся при сжигании топлива.

При прямоточной системе гидрозолоудаления в водоем сбрасываются все примеси в истинно - растворенном состоянии и часть грубодисперсных примесей, не успевших осесть в золоотвале.

Система гидрозолоудаления (ГЗУ) предназначена для гидротранспорта шлака, удаляемого из топок котлов и золы, удаляемой из бункеров электрофильтров на золоотвал, а также для возврата осветленной воды на ТЭЦ и использованием ее для нужд ГЗУ.

Золоотвал предназначен для складирования золошлаковых отходов, удаляемых из котлов и электрофильтров, при помощи гидротранспорта.

Золоотвал включает в себя территорию, на которой производится намыв золошлаковых пляжей и отстойный бассейн, служащий для оборотного водоснабжения системы ГЗУ.

В отстойном бассейне происходит осаждение наиболее легких частиц золошлаковых отходов.

Золоотвал относится к III типу (овражный). Он отгорожен большой дамбой от бассейна осветленной воды. Материал дамбы - алевролиты, суглинок, гравмасса. Максимальная высота ограждающей дамбы - 22 м.

Золоотвал оснащен водосбросными колодцами шахтного типа с водоотводящими коллекторами, служащими для сброса верхних осветленных слоев воды из отстойника в бассейн осветленной воды. Для откачки осветленной воды из бассейна и подачи ее на ТЭЦ предназначена насосная осветленной воды. Осветленная вода через водозаборные устройства поступает на всас насосов осветленной воды (НОВ) и подается по трубопроводу осветленной воды на всас смывных насосов. Площадь золоотвала 10 га.

8.5 Экологический ущерб от выбросов в атмосферу при работе ТЭЦ

Экологический ущерб окружающей природной среде означает фактические экологические, экономические или социальные потери, возникающие в результате нарушения природоохранного законодательства, хозяйственной деятельности человека, стихийных экологических бедствий, катастроф. Ущерб проявляется в виде потерь природных, трудовых, материальных, финансовых ресурсов в народном хозяйстве, а также ухудшение социально - гигиенических условий проживания для населения.

Ущерб от воздействия атмосферных загрязнений на состояние окружающей среды и экономики регионов, а также отдельных природопользователей проявляется в повышении заболеваемости населения; в негативных последствиях загрязнения водных ресурсов и почв атмосферными выпадениями; снижение урожайности сельскохозяйственных культур и биопродуктивности природных комплексов; преждевременном износе основных фондов и покрытий, влекущем дополнительные затраты на ремонт; В потерях от снижения рекреационного потенциала территории и мест отдыха; других потерь, связанных с негативными материальными, социальными и экологическими процессами.

Эколого - экономическая оценка ущерба окружающей природной среде заключается в определении фактических и возможных материальных и финансовых потерь и убытков от изменения проведенных качественных и количественных параметров окружающей природной среды в целом и ее отдельных эколого - ресурсных компонентов (атмосферных воздух, водные и земельные ресурсы, ресурсы растительного и животного мира).

В данном дипломном проекте рассматривается Районная Галачинская Котельная (РГК), которая работает на твердом топливе (угле) Ирша-Бородинского месторождения Канско-Ачинского бассейна. В таблице 8.1. приводится содержание вредных примесей в дымовых газах на РГК.

Таблица 8.1 - Содержание вредных выбросов в дымовых газах

	Факт.выбросы, т.тн/год	Разреш., т.тн/год
Зола	153,282	332,700
804,5571156,382
84,101242,372
Формальдегид	9,246	15,834
Бензапирен	0,0002	0,0003
31,79732,226

Из данной таблице видно, что содержание вредных примесей в дымовых газах не превышает ПДВ (предельно допустимые выбросы). В затраты оказываемых услуг включаются фактические выбросы в денежном выражении.

Так как фактические выбросы меньше ПДВ, следовательно происходит экономия затрат на производство.

На РГК проводятся технологические и природоохранные мероприятия, такие как: очистка уходящих дымовых газов - для этого используются электрофильтры с высокой степенью удаления вредных и твердых веществ до 99,5%.

Оставшиеся 0,5% вредных веществ рассеивает в атмосферный воздух труба высотой 180 м.

Удаление золы производится гидротранспортом на золоотвал.

После отстаивания и осаждения взвешенных частиц технически отработанная вода насосами подается обратно на предприятие для последующего участия в технологическом процессе.

РГК находится в лесном массиве, удалена от жилого района на 2,5 км.

Как видно из таблицы 8.1., эти мероприятия позволяют соблюдать на предприятии РГК допустимые санитарно - экологические нормы.

Заключение

В дипломном проекте ставились две задачи:

. Создание информационно-управляющей системы всех котлоагрегатов.

. Выбор настроек для регулятора питания.

Для выполнения первой задачи была спроектирована система диспетчерского контроля и автоматического управления на основе SCADA-системы Trace Mode Proffesional v5.12. и многофункционального контроллера (МФК), а также модулей удаленного ввода серии ICP CON - 7000. SCADA-система выполняет контролирование всех параметров, а МФК производит управление.

Для осуществления этой системы, в дополнение к названному оборудованию, были выбраны следующие средства автоматизации:

- промышленные компьютеры Advantech;

- управляемые коммутаторы Hirschmann;

первичные преобразователи температуры с унифицированным выходным сигналом ТСМУ, ТХАУ;

Для выполнения второй задачи были рассмотрены следующие вопросы:

Произведена идентификация объекта для заданной динамической характеристики объекта управления, выбор законов регулирования, расчет настроечных параметров системы методом расширенных АФЧХ и выбор оптимальной настройки. Построены переходные процессы на возмущающее воздействие. Определены основные показатели качества процессов регулирования.

Результатом проведенного дипломного проектирования является разработка ИУС котлотурбинного цеха котельной.

Проведено техническое и экономическое обоснование проекта, на основании которого был сделан вывод об экономической эффективности и рассчитан экономический эффект и срок окупаемости капитальных вложений. Также в дипломном проекте были рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды, применительно к рассматриваемому производству.

Список использованных источников

1. Материалы предоставленные технической службой КИПиА с ТЭЦ-7.

. «Параметрический синтез локальных систем автоматического управления»: Методически указания к курсовому проектированию /В.Н. Толубаев, Т.А. Григорьева. - Братск: БрГТУ, 2000. - 29с.

. Руководство по эксплуатации «Многофункциональный контроллер МФК» ДАРЦ.420002.001 РЭ, М., Текон, 2002.

. Руководство по эксплуатации «Умощнитель дискретных сигналов TCB08S» ДАРЦ.426436.014 РЭ, М., Текон, 2000.

. Заключение Всемирной метеорологической организации (ВМО)// Зеленый мир - № 17-18. - 2002. - С. 24.

. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Иркутской области в 2000 году». - Облгоскомприроды, Иркутск, 2001

. Вертинский П. А. Электрофильтр дымовых газов. Патент РФ № 2026752. БИ - № 2/95.

. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы. Справочник, под ред. Григорьева В. А. - М., Энергия, 1980. - С. 494 и др.

. Марциновский В. А., Ворона П. Н. Насосы АЭС. - М., Энергоатомиздат, 1987. - С. 81.

.СанПиН 2.2.2.542-96. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, ПЭВМ и организации работы. - М.: НИЦ Госкомсанипидемнадзора РФ, 1996.

. «Компьютер на рабочем месте» М.: Издательство «Социальная защита», 2000.

. «Исследование и расчет искусственного освещения производственных помещений» Новоселов А.В., Торопов В.А., Юшков Н.Н.: Методические указания. - Братск, 1997. - 16с.

Диспетчеризация и система автоматического управления котельной