Введение к работе
Актуальность. На современном этапе технического прогресса большое значение придается автоматизации производственник и технологических процессов. Особое внимание уделяется автоматизации и повышению безопасности производства теплоносителей и электроэнергии на котельннх промышленных установках малой и средней мощности, которне в настоящее время потребляют свыше половини всего добываемого топлива. В отечественной теплоэнергетике КПУ оборудованы преимущественно котлами типа І5Е и ДЕ, работающими на твердом, зидком и газообразном топливе. Котлы ДЕ являштся экологически более чистыми, поэтому они находят иирокое применение в народном хозяйстве и потребность в них неуклонно возрастает. Проблема улучшения показателей котлов ДЕ является государственной, поскольку ее успешное решение позволит получить существенную экономия топлива.
Выпускаемые промышленностью средства автоматизации котлов ДЕ из-за несовершенства элементной базы имеют ряд недостатков, в том числе, ограниченный состав выполняемых Функций, большие габариты и металлоемкость, повышенный расход лакокрасочных материалов и кабельной продукции, низкую рентабельность и другие. В процессе эксплуатации котлов ДЕ их экономичность, надежность и безопасность определяется действиями обслуживающего персонала. Такая зависимость нежелательна и, как показывает современный опыт управления мощными энергетическими объектами, должна быть сведена к минимуму за счет внедрения микропроцессорных систем контроля и управления (ИСКУ).
Применение МСКУ для управления котлами ДЕ дает возможность поддерживать оптимальные и экономичные режимы их работы за счет контроля и регулирования параметров в ходе технологического процесса выработки пара, запоминать и идентифицировать состояние оборудования КПЯ в экстремальных условиях, повысить надежность, улучшить эргономические и эксплуатационные характеристики котлов. Перевод системы управления на микропроцессорную элементную базу позволяет автоматизировать не только основные, но и многочисленные вспомогательные технологические процессы очистки воды, деаэрирования, предварительного подогрева рабочих тел и др.
К разрабатываемым МСКУ должны предъявляться повышенные тре-
бования, основанные на результатах анализа возможных режимов работы котлов ДЕ и возникавших экстремальных ситуаций. В сравнении с существующими средствами управления новые микропроцессорные системы должны полностью автоматизировать процессы розжига и останова котла, а такяе обеспечить оптимальное регулирование основных технологических параметров - уровня воды в барабане, степени разряжения в топке, расхода топлива и воздуха и других. В нормальных режимах эксплуатации долана быть обеспечена требуемая работоспособность, помехозащищенность и надежность как основного и вспомогательного оборудования котла, так и самой ИСКУ. В экстремальных режимах работы, предаварийных и аварийных ситуациях, система должна своевременно вводить в действие внутренние и внесистемные информационные, алгоритмические, программные и аппаратные резервы для реализации предупредительных, защитных и восстановительных механизмов.
Микропроцессорные системы контроля и управления, удовлетворяющие перечисленным требованиям, во многом реиают проблему экономии топлива и повыпения безопасности КПП, оборудованных котлами ДЕ. поэтому их разработка и внедрение является весьма важной и актуальной задачей.
Цель работы и задача исследования. Целью данной диссертационной работы является разработка и внедрение в серийное производство микропроцессорной системы контроля и управления котлами типа ДЕ в виде нового щита автоматизации, который в сравнении с существующими средствами реализует расширенный состав Функций, имеет улучшенные технико-экономические показатели, обеспечивает больную надежность, удобство и безопасность обслуживания.
Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-разработка принципов построения, архитектуры и связей ИСКУ ДЕ: обоснование выбора оптимального варианта построения ситемы, определение всех ее функций и способов реализации:
-разработка алгоритмов автоматического пуска/останова котла, алгоритмов контроля и управления основного и вспомогательного оборудования, алгоритмов обработки измерительной информации и диагностики системы:
-разработка алгоритмов импульсных самонастраивающихся регуляторов воды в барабане котла, степени разряжения в топке, подачи
топлива и воздуха, а такзе других процессов, которые обеспечивают требуемое качество регулирования в условиях существенных возмуде-ний и априорной неопределенности параметров объектов, обладающих запаздываниями;
-разработка диалоговой программной системы для моделирования самонастраивающихся регуляторов основных технологических параметров котла ДЕ; сравнительный анализ, выбор и оптимизация алгоритмов регулирования на основе аналитических и машинных исследований их работоспособности в условиях, приблиненных к реальным;
-натурное моделирование процессов контроля, управления и регулирования котла ДЕ с использованием МСКУ и реальных устройств; разработка и изготовление опытного образца системы; отладка и корректировка программного обеспечения:
-разработка и промышленные испытания опытного образца щита автоматизации с ИСКУ для котла ДЕ: изготовление документации на серийное изготовление нового щита автоматизации и тиражирование программного обеспечения МСКН ДЕ.
Методы исследования. Для реяения поставленных задач автором были обобщены, творчески осмыслены и использовоны передовые достижения в области системного проектирования, автоматизации теплоэнергетических установок и процессов, микропроцессорной техники, информационно-измерительных систем, а также адаптивных систен автоматического управления объектами с запаздыванием. Экспериментальные исследования проводились как в условиях лаборатории, где на ЭВМ и специальной установке моделировались алгоритмы работы системы, так и в производственных условиях с опытным образцом щита автоматизации котла ДЕ.
Научная новизна. В диссертации впервые в отечественной практике разработана, исследована и создана МСКН на базе проектируемого контроллера, которая обеспечивает качественное выполнение всего комплекса Функций по обработке измерительной информации, контролю, диагностике, защите, сигнализации, управлению и регулированию, необходимого для экономической, надежной и безопасной работы котла типа ДЕ в нормальных и экстремальных реїимах в условиях высокого уровня производственных помех и возмущений, обусловленных, в том числе, случайными изменениями характеристик основного и вспомогательного оборудования КПУ.
Разработаны способы защиты и адаптации котла ДЕ к возмуще-
ниям, возникающим при резких изменениях нагрузки, отказах датчиков, неквалифицированных действиях обслузшваащего персонала за счет алгоритмической реализации самонастройки регуляторов, идентификации нештатных ситуаций, формирования управляющих воздействий и сообщений.
На основе разработанных методик, а такае выполненных аналитических, машинных и натурных исследований созданы алгоритмы, программное обеспечение и конструкция ИСКУ ДЕ, оптимальные для заданных условий работы котла ДЕ и выбранного варианта реализации системы.
Практическая ценность. В результате выполнения работы создан щит автоматизации котла ДЕ на новой микропроцессорной элементной базе, прошедший промышленные испытания и рекомендованный для серийного производства с тираяированием программного обеспечения для использования в системах автоматизации КПУ. Разработанный вариант системы моает служить прототипом для создания эффективных систем автоматизации не только котельных, оснащенных агрегатами различного назначения и мощности, но такае другого энергетического и технологического оборудования.
Созданные для машинного моделирования и отладки алгоритмов МСКН ДЕ диалоговая программная система "МАС ДЕ", а также экспериментальная установка "УНИ ДЕ" для натурных испытаний щита автоматизации, могут быть использованы при модификации и проектировании новых вариантов системы, обеспечивая при этом существенное сокращение средств и сроков разработки.
Внедрение. Результаты, полученные в диссертационной работе, а такае техническая документация на систему, в создании которой принимал участие автор, используются в АО "ЗСА", г. Мытищи Московской области, где организован серийный выпуск микропроцессорных аитов автоматизации для котлов типа ДЕ.
Опытный образец щита автоматизации с МСКИ ДЕ прошел промышленные испытания и эффективно работает в КПУ Эстонского объединения "ЭСМАР", расположенном в бывшем совхозе им. СМ. Кирова вблизи г. Таллинна.
Теоретические и практические результаты исследований использовались в учебном процессе, проводимом на кафедре "Точные приборы и измерительные системы" Московского института приборостроения в течение 1990...1993 г.г.
Внедрение результатов диссертационной работ» подтверждены соответствующими документами.
Апробация работ». Основные результати были доложенн и обсуждены на:
-Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные средства локальной автоматики", Москва, 1390 г.;
-Всесоюзной научно-технической конференции "Искусственнмй интеллект в автоматизированном управлении технологическими процессами", Москва, 199І г.;
-Научно-технических семинарах кафедри "Точные приборы и измерительные системы " Московского института приборостроения в 1990 ... 1993 г.г.
Публикации. Основные положения диссертации излоіенн в 15-ти печатних работах.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Диссертация содеряит 187 страниц машинописного текста, 45 страниц с иллюстрациями и 3 табіицн. библиография включает 68 наименований.