Разработка системы автоматизированного регулирования барабанного котла в программной среде Unity Pro
advertisement
Разработка системы автоматизированного регулирования барабанного котла в программной среде Unity Pro Ауэзова Алма Мухамбетжановна – канд.техн.наук, доцент кафедры «Инженерная кибернетика» Алматинского университета энергетики и связи, г.Алматы Есбосинов А.А. Научная работа посвящена разработке программного комплекса по автоматическому управлению режимами работы барабанного котла парогенератора ТЭЦ. Достоинством работы является реализованное и опробованное на лабораторном стенде программное обеспечение, реализующее диспетчерский пункт управления SCADA пакета Unity Pro фирмы Schneider Electric. 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. Внедрение систем автоматизированного управления паровыми и водогрейными котлами, построенных на основе программируемых контроллеров, позволяет автоматизировать процесс производства тепловой энергии в котлах и значительно упростить контроль и управление этим процессом. Применение такой системы повышает эффективность функционирования котлоагрегата за счет снижения потребления энергоресурсов, рационального сжигания топлива, использования технологического оборудования, оперативного управления оборудованием и технологическим процессом. Кроме того, внедрение таких систем позволяет снизить влияние человеческого фактора в производственном процессе и вероятность возникновения аварийных режимов функционирования котла [1]. Благодаря программному управлению, система автоматически отслеживает все параметры текущих процессов, реализуемых водогрейными и паровыми котлами, и управляет технологическим оборудованием, обеспечивая нормальное и безаварийное функционирование котельной установки. Кроме того, система контролирует исправность оборудования и при возникновении поломок и аварийных ситуаций сигнализирует об этом и при необходимости персонал может перевести работу САУ в ручной режим для устранения неполадок, так как остановка производственных процессов категорически неприемлема. Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, теплотехнический контроль, технологическую защиту, технологические блокировки и сигнализацию. Тема автоматизации ТЭЦ с использованием программируемого логического контроллера для автоматизации управления технологическими процессами на примере макета барабанного котла и визуализация в программной среде Unity Pro современна и актуальна. На основании литературных данных разработаны математические модели участков барабанного котла, принципиальная конструкция объект, описаны основные свойства, законы развития и управления объектом [2]. Исследования проводились на лабораторном оборудовании кафедры "Инженерная кибернетика". Лабораторный стенд «Макет генерации пара барабанного котла» представляет собой индикаторные приборы, для проведения измерений при управлении моделью в ручном режиме, панель с гнездами для подключения аналоговых входов контроллера управления, соединительные гнезда, для соединения контрольных точек схемы с индикаторными приборами либо аналоговыми входами контроллеров, а также для подачи возмущающих воздействий на входы аналоговой модели барабанного котла. Внешний вид стенда показан на рисунке 1. Давление в барабане fвнутренние4 Твпр Уровень в барабане Впрыск ОВ Разряжение в топочной камере Пар Давление пара Расход пара fвнутренние1 Топливо fвнутренние5 Питательная вода fвнутренние2 Расход воды Воздух Дымовые газы fвнутренние3 Давление воздуха Д Т Внешнее возмущение 9 А1 f внутренние 1 0 + - 0-100% + - = 90 0-1 К=1 Управление (топливо) = 15 0 Расход пар К=0.75 К=0.75 0-1 А2 В К=1.5 К=1 + - К=1 = 10 = 40 4 5 Давление воздух (0-300 мм.в.ст) Р К=1.8 6 АI 5 АI 1 АI 6 АI 2 АI 7 АI 3 АI 8 АI 4 АI 9 = 140 0-160 бар(атм.) 0-100% Управление подачи воздуха АI 0 P перегретый пар + К=0.75 + = 10 0 f внутренние 2 = 15 f внутренние 3 К=1 0-100% Управление тягой (удаление дымовых газов) + - 7 -4мм.в.ст. Sт(разряжение в топочной камере) + - = 5 = 40 ВПР = 100 f внутренние 4 + Tвпр. - К=0.2 0-100% + - 10 = 15 К=0.8 11 И + 0-100% = 10 АI 8 АI 4 АI 9 = 70 Расход воды К=1 + - АI 7 АI 3 500-580 С К=1 = 40 Управление пит. водой АI 6 АI 2 tпл. + - = 30 К=1 ПИТ f внутренние 5 АI 5 АI 1 К=0.56 К=1.32 Управление впрыском охл.воды АI 0 -25мм.в.ст.-0 -25мм.в.ст. К=0.95 Уровень в барабане -315мм.в.ст.-0- +315мм.в.ст. = 100 0-160т/ч Контроллер А Т о П У п п о р л а А е н ь ш и о ж в в Р М л т у е е н л о ч Контроллер В в о и е м н е и е У п о о ь ш е М е н ь ш а д ж в в Р д о а А л з л р т е Б о о П н а о П в у е у е л т ч о а х н и е м н ч е П н а о Т а и е У п о р л А л ь ш е М е н ь ш ж в в Р о г о а т е Б я е е о ч и е м н о н л т у а В а л е п ж в П н а о х и е У п о р А л ь ш е М е н ь ш е е н л т у о ч к щ е й П и т а П о т в о е д л а ь н а я ы ж в в с ю д о Р о ы а о л а т е Б р д е м н и н а о е и е У п р о а т А е Б л в в Р о л ь ш е М е н ь ш ж е н л т у е о ч е м н и н а о е и е т е Б о л ь ш е Рисунок 1 - Макет генерации пара барабанного котла В нашей работе управление и регулирование осуществляется посредством контроллера Modicon M340 компании «Schneider Electric», конфигурация включает в себя: блок питания …, процессорный модуль …, модули ввода - вывода аналоговых сигналов ..., модули ввода - вывода дискретных сигналов.... Разработано полное программное обеспечение управления, регулирования параметров барабанного котла и аварийной защиты. Структура программного обеспечения позволяет максимально экономить пространство памяти контроллера. Структура программного обеспечения состоит из основной программы, написанной на языке SFC и подпрограмм на языках LD, FBD, ST [3]. Так как в системе много аналогичных процессов, объединение каждого из процессов в подпрограмму и в дальнейшем вызов ее, существенно сокращает код программы, а, следовательно, и количество обрабатываемых операций. При написании работы был учтен анализ технологических процессов барабанного котла, по протеканию процессов составлен алгоритм, на основе которого на языке Unity Pro написана программа для создания высоко-практичной SCADAсистемы [4]. В программе предусмотрено управление исполнительными механизмами в ручном режиме, созданы блоки данных для структурного хранения используемых в программе величин, учтены аварийные сбои и экстренное завершение выполнения программы. В целях приближения разрабатываемого проекта к производственным условиям создано программное обеспечение диспетчерского пункта, представленное на рисунке 2 [5,6]. Рисунок вставить Unity Pro Рисунок 2 – Диспетчерский пункт управления барабанным котлом Подготовка высококвалифицированных кадров в технических ВУЗах будет не полной без знания обучающимися (бакалаврами, магистрантами и докторантами) методов идентификации и контроллерного управления промышленных объектов управления, т.к. специалист, не владеющий этими методами, не в состоянии определить структуру и параметры математической модели объекта по каналам управления и оценить уравнение взаимосвязи входных и выходных координат, их коррелированность и т.п., в связи с этим, такой специалист не может грамотно эксплуатировать (управлять) функционирующим производством, а тем более создавать и проектировать новые более эффективные технологии и системы управления ими. На практике было выявлено, что для большей эффективности, удобства и точности проведения эксперимента целесообразнее использовать возможности виртуального стенда, поскольку виртуальные лабораторные работы позволяют заменить лабораторные занятия на физических стендах, при этом максимально приблизив виртуальный процесс к реальному технологическому или производственному процессу [4]. Список литературы: 1. Adambaev M., Auezova A. Use of the Programmable Logical Controllers in Studies Technical Specialties of Higher Education Institutions. “Modern Science: Problems and Perspectives” International Conference, Las Vegas, NV, April 15, 2013. International Center for Education & Technology, USA 2013. P. 337-339. 2. Ауэзова А.М. Программирование контроллеров и визуализация в программной среде Unity Pro. XIX Международная научно-методическая конференция «Современное образование: содержание, технологии, качество», 24 апреля 2013г. Том 1. Санкт-Петербург. С.127-129. 3. Справочное руководство по языкам программирования. Учебный курс Unity Pro. Основы 1 - 2009г. 4. Платформа автоматизации Modicom M340. Каталог 2009 Schneider Electric.
