СОДЕРЖАНИЕ
Реферат
Список используемых сокращений
Введение
1. Описание конструкции и функционирования маслонапорной установки ГЭС
1.1 Краткое описание устройства и функционирования гидроэлектростанции
1.2 Описание устройства и функционирования МНУ
1.3 Основные узлы МНУ
1.4 Технические характеристики МНУ 4/1-40-4,0-2 производства ОАО «Тяжмаш»
2. Разработка системы управления МНУ
2.1.1 Требования к системе управления
2.1.2 Требования надежности
2.2 Постановка основных задач синтеза системы управления МНУ
2.3 Временные параметры управления
2.4 Контрольные значения параметров технологического процесса
2.5 Вопрос о ручном режиме управления
2.6 Уточнение и изменение конструкции МНУ в соответствии с задачами управления и идеологий проектируемой системы управления
2.7 Структурная схема системы управления
3. Создание логической модели системы управления МНУ
3.1 Синтез логической модели системы управления
3.2 Моделирование алгоритма управления в программном пакете математического моделирования MATHLAB
3.3 Модель блока управления пневмоклапанном
3.4 Модель блока управления маслонагревателем и охладительной установкой
3.5 Модель блока управления насосами
4. Проектирование системы автоматизированного управления с использованием пакета Rational Rose52
4.1 Определение требований к системе
4.2 Построение структуры системы
4.3 Создание диаграммы классов
4.4 Взаимодействие компонентов системы
4.5 Построение алгоритма работы системы
4.6 Создание программного кода
5. Аппаратная и программная реализация системы управления МНУ ГЭС
5.1 Выбор платформы системы управления
5.2 Описание линии контроллеров S7-300
5.2.1 Модульное построение
5.2.2 Структура S7-300
5.3 Выбор модуля центрального процессора
5.4 Режимы DP–Master и DP-Slave
5.5 Выбор модулей ввода вывода микроконтроллера
5.5.1 Цифровые модули ввода/вывода
5.5.2 Цифровой модуль ввода SM 321; DI 16 24 VDC
5.5.3 Аналоговый модуль ввода SM 331; AI 8 x 12Bit
5.6 Выбор источника питания системы управления
5.7 Выбор дискретных датчиков
5.7.1 Дискретные датчики уровня
5.7.2 Датчики засорения фильтра
5.7.3 Датчик наличия конденсата
5.7.4 Датчики положения перепускных клапанов
5.8 Аналоговые датчики
5.8.1 Датчик давления в ГА
5.8.2 Датчик температуры в сливном баке
5.9 Подбор коммутационное оборудование
5.9.1 Устройство плавного пуска электродвигателей
5.9.2 Вспомогательный контактор
5.10 Разработка алгоритма программы управления маслонапорной установкой
5.10.1Специфика программирования микроконтроллеров Siemens
5.10.2 Описание алгоритма работы мну
5.10.3 Основная программа управления
5.10.4 Подпрограмма опроса датчиков МНУ
5.10.5 Подпрограмма запуска компенсационного насоса
5.10.6 Подпрограмма запуска основного насоса
5.10.7 Подпрограмма запуска резервного насоса
5.10.8 Подпрограммы отключения насосов
5.10.9 Подпрограмма контроля и корректировки уровня масла в ГА
5.10.10 Подпрограмма контроля и нормализации температуры в сливном баке
6. Технико-экономическое обоснование
6.1 Пути снижения затрат за счет внедрения системы
6.2 Технико-экономические показатели эффективности от внедрения новой системы автоматизации
6.2.1 Экономия в заработной плате высвобождаемых рабочих
6.2.2 Расчет стоимости оборудования
6.2.3 Годовые затраты на ремонтные работы
6.2.4 Годовые затраты на электроэнергию
6.2.5 Годовые амортизационные отчисления на оборудование
6.2.6 Годовые затраты на эксплуатацию
6.2.7 Экономический эффект за счет уменьшения количества отказов МНУ
6.2.8 Экономический эффект за счет уменьшения сроков ремонтных работ
6.2.9 Прочая экономия
6.2.10 Годовая экономия от внедрения АТК
6.2.10 Годовой экономический эффект
6.2.12 Капитальные затраты на разработку и ввод в эксплуатацию АСУТП
6.2.13 Срок окупаемости капитальных вложений
6.2.14 Сводная таблица основных параметров
7. Охрана труда и окружающей среды
7.1 Факторы повышенной опасности связанные с эксплуатацией маслонапорных установок
7.2 Правила техники безопасности при обслуживании сосудов, работающих под давлением
7.3 Правила техники безопасности применяемые персоналом ГЭС во время выполнении ремонтных работ с сосудами высокого давления
7.4 Правила техники безопасности при обслуживании электрических частей МНУ
7.5 Мероприятия по обеспечению электробезопасности МНУ
7.6 Охрана окружающей среды
Заключение
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Реферат
Пояснительная записка состоит из 129 страниц текста, содержит 29 графических иллюстраций, четыре таблицы. При работе над проектом было использовано более 20 различных источников информации.
Графическая часть состоит из 7 листов формата А1.
Перечень ключевых слов: система автоматического управления, гидроэлектростанция, маслонапорная установка, универсальность, микроконтроллер, гидроаккумулятор, логическое моделирование, надежность.
Целью работы было проектирование универсальной системы управления маслонапорной установкой гидроэлектростанции соскобной работать на ГЭС различного типа. Взаимодействовать с системой управления ГЭС без участия человека. Особое внимание уделялось повышению надежности и ресурса маслонапорной установки. В качестве управляющего устройства был применен микроконтроллер фирмы Siemens Somatic S7-300. Взаимодействие с центральным контроллером ГЭС осуществляется по средствам сети PROFIBUS. Применяемое оборудование достаточно современно и обладает высокими показателями качества надежности, что позволяет говорить о создании надежной системы управления.
Данная разработка востребована на современном рынке и при доведения ее до уровня промышленного образца может быть использована на маслонапорных установках производства оао «Тяжмаш».
Внедрение данной разработки дает хороший экономический эффект и она быстро окупается. Кроме того, она позволяет вывести системы управления ГЭС на качественно новый уровень. ГЭС при использовании подобных систем может работать в полностью автоматическом режиме, при контроле за работой всего одного человека, в перспективе возможно создание полностью автоматических станций.
Список используемых сокращений
МНУ – маслонапорная установка;
ГА – гидроаккумулятор;
САУ – система автоматического управления;
ГЭС – гидроэлектростанция;
ТЭН – теплоэлектронагреватель;
КТС – комплекс технических средства;
ЭВМ – электронная вычислительная машина;
Введение
В современном обществе все больше возрастает потребность в энергоресурсах. В то же время запасы ископаемого топлива, такого как уголь, природный газ нефть, стремительно уменьшаются. По самым оптимистическим прогнозам, запасов ископаемого топлива хватит не более чем на сто лет использования, при сохранении существующих темпов добычи. Кроме того, сжигание углеродного топлива крайне негативно отражается на экологической обстановке. Загрязнение атмосферы продуктами сгорания, почв и водоемов при транспортировке нефтепродуктов и т.д.
Одним из традиционных альтернативных источников энергии являются гидроэнергетические ресурсы. Человечество многие века использовало энергию течения рек для приведения в движение машин и механизмов, например всевозможных мельниц. Современно общество привыкло для удовлетворения своих потребностей использовать электрическую энергию. Этот вид энергии удобно передавать на расстояние и преобразовать в любой другой вид энергии - тепловую, механическую, энергию химического взаимодействия и другие.
Для преобразования энергии водного потока в электрическую используются гидроэлектростанции (ГЭС). Россия – занимает лидирующее место по суммарной мощности гидроэнергоресурсов в мире. В нашей стране созданы крупнейшие каскады ГЭС на реках Волге, Енисее и других. В данный момент почти все возможные места установки крупных ГЭС использованы. Дальнейшее увеличение мощностей крупных ГЭС сложно и дорого. В то же время, в России еще множество малых и средних рек, особенно в горной местности, которые обладают значительным энергетическим потенциалом. Горная местность удобна для строительства плотин. Так же в горной местности не происходит отчуждения больших площадей ценных земель, как в случае с равнинными реками. Кроме того большой перепад высот, а следовательно, и напор, позволяет и при малом расходе воды, получать большую выходную мощность.
Рынок малых и средних ГЭС в России является еще сравнительно мало освоенным и очень перспективным. В то же время существующие электростанции нуждаются в реконструкции и модернизации. В первую очередь это относится к электрооборудованию и системам автоматики.
Современная малая ГЭС для повышения рентабельности и других эксплуатационных качеств должна иметь надежную, точную и оптимальную систему управления. Глубокая автоматизация с использованием современных микропроцессорных и сетевых технологий в системах управления ГЭС позволяет создать станцию управляемую одним оператором. Кроме явных расходов на заработную плату персоналу, существует еще и проблема доставки людей в труднодоступную местность. Кроме того качественная система управления предостережет оператора от ошибки и увеличит до максимума выработку электроэнергии. В будущем перед разработчиками ставится цель создание полностью автоматизированной системы управления, не требующей постоянного присутствия человека на станции. Или же возможность управления в телеоператорном режиме несколькими станциями с центрального контрольного пункта удаленного в любое удобное оператору место.
В данной работе рассматривается вопрос создания автоматизированной системы управления маслонапорной установкой ГЭС с использованием современных подходов, в области разработки распределенных систем управления на основе микроконтроллеров. Система управления представляет собой полностью независимую систему управления отдельной установкой (маслонапорной станцией) с системой управления ГЭС и оператором взаимодействует по средствам сетевого интерфейса. Такая схема позволяет использовать ее с различными маслонапорными установками и управляющими системами ГЭС поддерживающими интерфейс сети PROFIBUS. Ряд примененных приемов проектирования и подход к проблеме в целом позволяют говорить о разработке универсальной системой управления маслонапорной установкой гидроэлектростанции. Данное изделие востребовано на рынке Росси, в частности ОАО «Тяжмаш» могло бы оснащать ею свои изделия.
Маслонапорная установка является неотъемлемой составной частью большинства современных ГЭС. Без этой установки невозможно производить регулирование турбины. Следовательно отказ МНУ приводит к простою всей электростанции, а это колоссальные убытки. Снижение расходов на обслуживание и продление межремонтного срока, а также упрощение диагностики неполадок в совокупности с повышением надежности, позволяет говорить о значительной выгоде связанной с применением новой системы управления вместо традиционной при модернизации существующих станций. Это представляется очень важной областью применения разработки в связи с тем фактом, что в данный момент износ управляющего оборудования составляет более 80% на 90% всех российских ГЭС.
Кроме того, к вновь строящимся ГЭС предъявляются новые требования, такие как снижение числа обслуживающего персонала, а также повышение надежности всей станции в целом, при повышение качества вырабатываемой электроэнергии и ее общегодового выпуска.
Система реализована на современной базе элементов. При подборе компонентной базы внимание уделялось надежности, ремонтопригодности и экономической выгоды при применении каждого конкретного элемента. Но предпочтение отдавалось в первую очередь компонентам отечественного производства. Однако и требования надежности и качества изделий тоже существенны. По этому управляющий микроконтроллера и ряд датчиков и коммутационное оборудование использовано производства немецкой фирмы Siemens.
Так как основной целью работы было создание автоматической системы роль человека в ее управление сведена до минимума. Даже сигнал на запуск, остановку и задание параметров работы производится управляющим контроллером уровня ГЭС, который взаимодействует с оператором через специальную ЭВМ реализующую управляющие контрольные функции в масштабах всей электростанции в целом. Что позволяет нам говорить о создании ГЭС «одного человека». В последствии при развитии системы можно предсказать появление полностью автоматических станций, что позволит размещать их в труднодоступных местах.
Разработанная система отличается возможность применения на различных маслонапорных установках, отличающих производительностью и давлением масла. В то же время большинство установок имеют сходные конструкции. Данная система предполагает полную переносимость на различные МНУ, не связанную с заменой программного обеспечения и основной аппаратной части системы. Изменения касаются лишь силовой автоматики (эта часть в рамках диплома не рассматривается), а она как правило выбирается в зависимости от необходимых характеристик МНУ и связана с конструкцией МНУ, но не с применяемой системой управления.
Однако при разработке ориентировались на использование системы на маслонапорной установке типа МНУ 4/1-40-4,0-2 производства оао «Тяжмаш», и все приведенные параметры относятся к этой конкретной установке, так как это изделие можно считать примерно усредненной и наиболее распространенной МНУ в нашей стране. Кроме того у данного изделия значительный объем выпуска (более 15 установок в год). И данное предприятие рассматривается как наиболее вероятный потребитель данных систем управления. Но как сказано выше, система не теряет своей универсальности и способна применяться и на других изделиях подобной конструкции.
0 комментариев