Автоматизация котельной: принцип работы и перспективы

Автоматизация котельной: принцип работы и перспективы

Одной из самых актуальных проблем современной цивилизации, и в то же самое время одной из самых древних, получивших практические решения, является проблема автоматизации. Самострелы и ловушки древних охотников – это примеры автоматических устройств, срабатывающих так, как надо тогда, когда надо.

Всевозможные демонстрации в древнеегипетских храмах срабатывали без участия человека, а лишь тогда, когда наступала соответствующая ситуация. Массовое внедрение автоматики в современную повседневную жизнь людей лишь подтверждает актуальность этой проблемы в наше время.
Особенно это заметно в производственной деятельности человека. Непрерывный рост единичной мощности агрегатов, увеличение их производительности требуют более оперативного и более правильного принятия решений.

Число этих решений в единицу времени непрерывно возрастает, ответственность за их правильность также растёт. Психофизиологические возможности человека уже не позволяют ему справляться с обработкой возросшего потока информации.


На помощь приходит новейшая вычислительная техника и эффективные методы теории управления. Всё более усложнённые технологические и теплотехнические процессы требуют повышения быстродействия технических средств автоматики. Одновременно растёт цена отказа, и растут требования к надёжности и живучести техники.
Прогресс в части средств автоматизации тесно связан с изменениями в элементной базе вычислительной техники. Сейчас практически все приборы строятся на основе микропроцессоров.

Это позволяет обрабатывать более сложные алгоритмы, повышать точность измерения технологических параметров, нагружать отдельные приборы ранее не свойственными им функциями. И, самое главное, обмениваться информацией между собой, работая, как единая система управления.

Элементы автоматических систем

Классификация элементов

Элементы автоматических (мехатронных) систем можно классифицировать по функциональному назначению и физическому принципу действия.

При рассмотрении данной темы, можно вновь обратиться к типовой схеме автоматической системы регулирования температуры, рассмотренной в предыдущей лекции (рис. 1).

РУ — регулирующее устройство

ИМ — измерительный мост

ЭУ — электронный усилитель

ИП — измерительный прибор

Rз — задающий потенциометр температурного режима

Rт — внутреннее сопротивление электронного термометра (датчик)

Рис. 1. Типовая схема автоматической системы регулирования (температуры)

Функциональное назначение элементов

Первичные измерительные преобразователи (датчики) —элементы, измеряющие значения регулируемой величины и преобразующие их в эквивалентные значения сигнала, как правило, другой физической природы, более удобной для последующей передачи и использования. Так, первичный измерительный преобразователь температуры, например электронный термометр (в составе термопара, рассмотренная в предыдущей лекции), измеряет значения температуры объекта регулирования и преобразует их в эквивалентные значения термо-ЭДС и в последующем в сопротивление Rт.

Нормирующие преобразователиустройства, преобразующие сигнал одной физической природы в эквивалентный унифицированный сигнал другой физической природы.

Они служит для обеспечения совместной работы в автоматических системах средств регулирования, имеющих различную физическую основу.

Например, электропневматический преобразователь преобразует электрические сигналы в эквивалентные значения пневматического сигнала.

Функциональные преобразователи — это преобразователи, которые при поступлении на вход сигнала формируют на выходе изменение сигнала во времени по определенному закону.

Простейшим примером такого функционального элемента может служить электродвигатель М автоматической системы регулирования. При поступлении на электродвигатель постоянного напряжения (вход элемента) его входной вал (выход -элемента) начинает по линейному закону перемещать движок автотрансформатора AT.

Усилители значения сигнала и (или) его мощности — это устройства, предназначенные для усиления в случае необходимости поступающих сигналов.

Например, напряжение и мощность выходного сигнала измерительного моста ИМ автоматической системы недостаточны для непосредственного управления электродвигателем М. В связи с этим в системе; применен электронный усилитель ЭУ, который усиливает выходное напряжение измерительного моста как по абсолютному значению, так и по мощности до уровней, соответствующих номинальным параметрам электродвигателя.-

Стабилизаторы — элементы, поддерживающие значения того или иного сигнала на определенном уровне и сглаживающие пульсации сигнала.

Коммутирующие элементы (распределители) — приборы, переключающие в определенной последовательности цепи с выхода какого-либо элемента на входы других элементов.

Элементы сравнения — элементы, сравнивающие значения двух (или нескольких) сигналов.

Выходной сигнал этих элементов равен разности поступающих на их вход сигналов.

В автоматической системе (функции элемента сравнения выполняет измерительный мост ИМ).

Задающие элементы — элементы, с помощью которых оператор устанавливает заданное значение регулируемой величины. В автоматической системе задающим элементом служит потенциометр Rз.

Регулирующие органы — устройства, непосредственно воздействующие на объект регулирования для поддержания заданного значения регулируемой величины или изменения ее по заданному закону.

В системе функции регулирующего органа выполняет устройство, состоящее из автотрансформатора AT и нагревательного элемента И.

Исполнительные механизмы — устройства, воздействующие на
регулирующий орган и перемещающие его (или изменяющие его состояние) в сторону ликвидации отклонения регулируемой величины от заданного значения или закона ее изменения. В автоматической системе регулирования функции исполнительного механизма выполняет электродвигатель М вместе с кинематической связью от вала электродвигателя до движка автотрансформатора AT

Объект регулирования — объект, являющийся составным элементом (составной частью) автоматической системы вообще и автоматической системы регулирования.

В автоматической системе регулирования, рассмотренной в предыдущей лекции, объектом регулирования в функциональном и физическом смысле является сушильный шкаф.

Если рассмотреть более сложный объект, например котлоагрегат, в котором регулируются температура в топке, разрежение в топке, давление пара в барабане котла, расход пара и т. п., то для каждой локальной автоматической системы регулирования (температуры, разрежения, давления, расхода и т. д.) в функциональном смысле будет свой объект регулирования.

Принцип действия элементов на физическом уровне

По принципу действия элементы можно разделить на:

  • электрические, магнитные и радиоволновые, действующие на ‘принципе использования электромагнитных процессов с частотами ниже 10 в двенадцатой степени Гц;
  • оптические, действующие на принципе использования электромагнитных процессов с частотами выше 10 в двенадцатой степени Гц;
  • механические, использующие механические перемещения твердых тел;
  • акустические, использующие механические волновые процессы и веществе;
  • гидравлические, использующие механические свойства жидкостей;
  • пневматические, использующие механические свойства газов;
  • комбинированные, например электромеханические, электрогид-
    равлические и т. п.

Кроме классификации элементов АСР по функциональному назначению и физическому принципу действия элементы подразделяют на пассивные и активные.

  • Пассивными называются элементы, выполняющие свои функции без использования энергии со стороны.
  • Элементы, выполняющие свои функции с использованием энергии от постороннего источника питания, называются активными.

Примером пассивного элемента может служить термометр сопротивления Rт в АСР.

Примерами активных элементов — измерительный мост ИМ (в диагональ моста подводится напряжение питания , электронный усилитель ЭУ (подается напряжение сети Uc) и автотрансформатор AT (подводится напряжение сети Uc)

Активные элементы в автоматических системах применяются, как правило, в случаях, когда необходимо на выходе получить сигнал большей мощности, чем сигнал, поступающий на вход.

В пассивных элементах мощность выходного сигнала не может быть больше мощности входного сигнала.

ФСА на примере заключения договора с клиентом

Возьмём понятный всем пример — подписание договора с клиентом. В компании, занимающейся продажей физическим лицам каких-нибудь нестандартных продуктов или услуг, это часто входит в предпродажный этап. Допустим, мы сделали клиенту коммерческое предложение. Он согласился, и теперь нужно подписать договор. Но договор нужно подписать с двух сторон, а клиент может успеть передумать.

Читайте также  Модуль зубчатого колеса таблица

Часть этого процесса может выглядеть так: А может вот так: С точки зрения процессного управления обе диаграммы верны. Но, допустим, что мы заморочились и собрали статистику по задачам процесса, в результате чего выяснилось, что после одобрения коммерческого предложения клиент в 70 % случаев подписывает договор, а в 30 % соскакивает.

А ещё если мы знаем, сколько нам стоит каждая задача (срок исполнения, стоимость рабочего времени исполнителя, бумага, транспортные расходы и т. п.), то может получиться такая картина (цифры примерные): Тогда для 1-го варианта процесса первый путь процесса стоит: (500 + 300 + 100 + 100) = 1000 руб., а второй путь (500 + 300 + 100 + 0) = 900 руб. С учётом вероятностей путей процесса средняя стоимость процесса получается: (1000×0,7 + 900×0,3) = 970 руб.

Если выполнять задачи с той же стоимостью, но в другой последовательности, то для 2-го варианта процесса получим для 1-го пути те же: (500 + 100 + 100 + 300) = 1000 руб., а для второго пути: (500 + 100 + 0 + 0) = 600 руб. Что с учётом вероятностей даёт: (1000×0,7 + 600×0,3) = 880 р.

Этапы разработки проектной документации:

1. Разработка технического задания на проектирование автоматизированной системы

Техническое задание на разработку проектной документации составляется на основании требований заказчика к конечному результату по реализации его инвестиционного проекта, будь то автоматизация вновь построенного объекта, реконструкция и модернизация автоматики уже действующего объекта.

Техническое задание на разработку проектной документации включает в себя:

  • Назначение и общие требования к системе;
  • Основные нормативные документы;
  • Перечень существующего оборудования;
  • Перечень и описание алгоритмов работы существующего оборудования;
  • Перечень внедряемого оборудования, функционала и технологических процессов;
  • Целевые требования к системе, функционалу и технологическим процессам;
  • Описание инфраструктурных решений;
  • Описание интеграции с действующей системой управления;
  • Виды и объем выполняемых работ;
  • Требования к организации работ;
  • Требования к оборудованию и материалам;
  • Порядок контроля и приемки.

2. Сбор материалов и информации для разработки систем автоматики

Для разработки проектной документации автоматизированной системы необходимо предоставить следующую информацию и материалы:

Для вновь создаваемы систем АСУ ТП:

  • Техническое задание;
  • Проектная документация других разделов;
  • Перечень технологического и инженерного оборудования;
  • Руководство по эксплуатации внедряемого технологического оборудования;

Для реконструкции действующих систем АСУ ТП:

  • Техническое задание;
  • Проектная документация действующей системы АСУ ТП и других разделов;
  • Принципиальные схемы на существующее оборудование;
  • Существующие схемы подключения;
  • Действующее программное обеспечение ПО контроллеров ПЛК;
  • Управляющие сигналы от системы верхнего уровня;
  • Сигналы от шкафов управления;
  • Перечень точек данных и параметры связи;
  • Руководство по эксплуатации внедряемого технологического оборудования.

Примеры блок-схем

В качестве примеров, построены блок-схемы очень простых алгоритмов сортировки, при этом акцент сделан на различные реализации циклов, т.к. у студенты делают наибольшее число ошибок именно в этой части.

Сортировка вставками

Массив в алгоритме сортировки вставками разделяется на отсортированную и еще не обработанную части. Изначально отсортированная часть состоит из одного элемента, и постепенно увеличивается.

На каждом шаге алгоритма выбирается первый элемент необработанной части массива и вставляется в отсортированную так, чтобы в ней сохранялся требуемый порядок следования элементов. Вставка может выполняться как в конец массива, так и в середину. При вставке в середину необходимо сдвинуть все элементы, расположенные «правее» позиции вставки на один элемент вправо. В алгоритме используется два цикла — в первом выбираются элементы необработанной части, а во втором осуществляется вставка.

Блок-схема алгоритма сортировки вставками

В приведенной блок-схеме для организации цикла используется символ ветвления. В главном цикле (i Блок-схема алгоритма сортировки пузырьком

На блок-схеме показано использование символов начала и конца цикла. Условие внешнего цикла (А) проверяется в конце (с постусловием), он работает до тех пор, пока переменная hasSwapped имеет значение true. Внутренний цикл использует предусловие для перебора пар сравниваемых элементов. В случае, если элементы расположены в неправильном порядке, выполняется их перестановка посредством вызова внешней процедуры (swap). Для того, чтобы было понятно назначение внешней процедуры и порядок следования ее аргументов, необходимо писать комментарии. В случае, если функция возвращает значение, комментарий может быть написан к символу терминатору конца.

Сортировка выбором

В сортировке выбором массив разделяется на отсортированную и необработанную части. Изначально отсортированная часть пустая, но постепенно она увеличивается. Алгоритм производит поиск минимального элемента необработанной части и меняет его местами с первым элементом той же части, после чего считается, что первый элемент обработан (отсортированная часть увеличивается).

Блок-схема сортировки выбором

На блок-схеме приведен пример использования блока «подготовка», а также показано, что в ряде случаев можно описывать алгоритм более «укрупнённо» (не вдаваясь в детали). К сортировке выбором не имеют отношения детали реализации поиска индекса минимального элемента массива, поэтому они могут быть описаны символом вызова внешней процедуры. Если блок-схема алгоритма внешней процедуры отсутствует, не помешает написать к символу вызова комментарий, исключением могут быть функции с говорящими названиями типа swap, sort, … .

На блоге можно найти другие примеры блок-схем:

Часть студентов традиционно пытается рисовать блок-схемы в Microsoft Word, но это оказывается сложно и не удобно. Например, в MS Word нет стандартного блока для терминатора начала и конца алгоритма (прямоугольник со скругленными краями, а не овал). Наиболее удобными, на мой взгляд, являются утилиты MS Visio и yEd [5], обе они позволяют гораздо больше, чем строить блок-схемы (например рисовать диаграммы UML), но первая является платной и работает только под Windows, вторая бесплатная и кроссплатфомренная. Все блок-схемы в этой статье выполнены с использованием yEd.

Cистемы диспетчеризации и автоматизации: область применения, основные задачи

Основные задачи системы диспетчеризации:

  • телеметрия – контроль состояния оборудования, соблюдения рабочих режимов и поддержания заданных параметров в режиме реального времени;
  • дистанционное управление оборудованием и/или технологическими процессами;
  • обеспечение безопасности;
  • экономия ресурсов.

Удаленный контроль требуются, когда нахождение людей на объекте экономически нецелесообразно либо невозможно технически. Также удалённый контроль необходим для обеспечения постоянного мониторинга параметров или точной диагностики расходования ресурсов. Автоматизация и диспетчеризация котельной, силовой установки энергетического блока, машинного зала промпредприятия или другого ответственного объекта исключают возможность ошибок из-за человеческого фактора, позволяет оперативно перенастраивать оборудование, обеспечивая его эффективную и бесперебойную работу.

Благодаря автоматизации объекта на пункт управления оперативно передается нужная информация, подается сигнал о возникновении аварийной ситуации. Системы протоколируют и архивируют данные (в том числе действия диспетчера) для возможности дальнейшего анализа.

Посредством специализированного программного обеспечения АСУ ТП вы организуете на своем предприятии:

  • Мониторинг производственных и технологических процессов. Передачу диспетчеру рабочих параметров установок, сведений о режиме работы, расходовании сырья, топлива и энергии, что позволяет автоматически управлять процессами на производстве, своевременно выявлять и устранять неполадки.
  • Оптимизацию рабочих режимов технологических линий, установок и отдельных узлов.
  • Экономию и учет энергоресурсов. Например, контроль параметров в помещениях вместе с системой автоматизации и диспетчеризация котельных и индивидуальных тепловых пунктов позволяют поддерживать состояние микроклимата на оптимальном уровне при минимальном расходовании тепловой и электрической энергии.
  • Упрощение учёта и автоматизацию процессов производства. Прикладное программное обеспечение системы диспетчеризации обеспечит внедрение электронного документооборота, оптимизацию взаимодействия между службами предприятия, автоматическую обработку входящей информации, формирование отчетов по интересующим показателям и др.
  • Безопасность объекта. Диспетчеризация зданий, сооружений и предприятий обеспечивает передачу информации о возникновении внештатной ситуации, автоматически локализует аварию или предложит диспетчеру алгоритм действий для нормализации работы.

Цены на программирование систем диспетчеризации и автоматизации

Цена на разработку программного обеспечения формируется в зависимости от количества контролируемых и управляющих сигналов, степени развитости информационных и управляющих функций АСУТП. Узнайте стоимость и информацию о том, как и где заказать разработку программного обеспечения системы диспетчеризации , отправив заявку: info@ivctl.ru

Особенности проектирования

Системы автоматизации и диспетчеризации обеспечивают круглосуточный контроль над исправностью коммуникационных систем в режиме реального времени.

Автоматизация представляет собой эффективный способ обмена информацией между диспетчерской и эксплуатационными сетями. Она полностью управляет их функционированием.

Коммуникационные системы, контролируемые сетью диспетчеризации:

  • вентиляция общего обмена и холодоснабжение;
  • кондиционирование;
  • теплоснабжение, водоснабжение и отопление;
  • дренажные приямочные насосы;
  • канализация.

Системы автоматизациии диспетчеризации обеспечивают круглосуточный контроль над исправностью коммуникационных систем в режиме реального времени:

  • кондиционирования;
  • теплоснабжения, водоснабжения и отопления;
  • дренажных приямочных насосоы;
  • канализации.

Продуманная сеть автоматизации способствует слаженному функционированию всей коммунальной сети.

В создании проектов систем автоматизации и диспетчеризации остро нуждаются крупные производственные комплексы, сооружения административного назначения, торговые и развлекательные центры, элитные жилые дома. Коммуникационные сети таких объектов бывают рассредоточены на большой площади и находятся в местах затрудненного доступа.

АСДУ состоит из:

  1. Исполнительных механизмов, датчиков и соединений. Они собирают данные о параметрах оборудования и осуществляют контроль.
  2. Контроллеров, модулей ввода/вывода и коммутационного оборудования. Ими контролируется эксплуатация устройств и обеспечивается воздействие.
  3. Мониторинга — компьютерного управления посредством программного обеспечения через серверы. В нем происходит информационный взаимообмен отдельных служб, входящих в единую систему, и осуществляется контроль объекта.

Состав

АРМ реализовано на персональном компьютере промышленного исполнения. Дополнительно в состав АРМ входят:

  • источник бесперебойного электропитания, благодаря которому возможна работа при сбоях энергоснабжения;
  • акустические колонки, посредством которых выдаются речевые сообщения об отказах устройств и всевозможные предупреждения и подсказки, например, потеря контроля стрелки, наличие поезда на участке приближения и т.п.;
  • принтер, позволяющий выводить на печать протоколы работы системы, устройств и персонала.

В качестве средств управления используются манипуляторы типа мышь и алфавитно-цифровая клавиатура.

Средства отображения используются индивидуальные и коллективные.

Индивидуальные средства визуализации подразумевают использование одним человеком, а коллективные, соответственно, несколькими людьми и предназначены для удобства восприятия хода технологического процесса в целом. К индивидуальным относятся мониторы, к коллективным – плазменные панели и проекционные экраны.

Таблицы с условными обозначениями

Казалось бы, такая мелочь, как условные обозначения схем автоматизации, должна выполняться в относительно свободном порядке, однако на самом деле все далеко не так, и это очень жестко контролируется. Вам необходимо создать отдельную таблицу для условных обозначений, в которой будет два столбца – в одном будет содержаться наименование конкретного прибора, определенной коммуникации и так далее, а в другом будет изображено непосредственно само условное обозначение. При этом все условия являются довольно жесткими – задается даже конкретная ширина столбцов в этой таблице, так что вам не дается пространства для фантазии.

Конечно, вы можете придумывать собственные условные обозначения, но здесь, опять же, существуют свои нормы, которых обычно все придерживаются. То есть нет каких-либо конкретных обозначений, например, для соединения трубопроводов или их пересечения, однако в большинстве случаев принято изображать их в качестве совмещающихся друг с другом линий, а также с помощью одной сплошной и другой прерывистой или же с помощью двух линий, одна из которых совершает полукруглый изгиб в месте пересечения. Но вам стоит помнить, что даже если вы используете общепринятое обозначение, вам все равно необходимо отметить его в таблице условных обозначений. Только таким образом выполняются функциональные схемы средств автоматизации.