Автоматизация управления индукционным котлом на базе программируемого логического контроллера

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ 5
1.1 Основы теории автоматического управления 5
1.2 Конструкция, принцип действия и технические параметры электрического водогрейного котла 16
1.3 Общее описание технологического процесса 19
1.3.1 Управление тепловой нагрузкой системы отопления 20
2. СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ 29
2.1 Выбор технических средств автоматизации 29
2.2 Функциональная схема автоматизации 34
2.3 Принципиальная электрическая схема 37
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ СИСТЕМЫ И РАЗРАБОТККА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 43
3.1 Построение и расчет математической модели 43
3.2 Анализ динамических характеристик системы управления 47
3.3 Разработка программного обеспечения для управления электрическим котлом 54
3.4 Операторский интерфейс: описание и принцип работы 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 63
ПРИЛОЖЕНИЕ А 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 67
ПРИЛОЖЕНИЕ В 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 70

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях стремительного развития технологий и повышения требований к энергоэффективности, надежности и экологичности систем теплоснабжения особую актуальность приобретает автоматизация процессов управления отопительным оборудованием. Одним из перспективных направлений в этой области является использование индукционных (электрических водогрейных) котлов, отличающихся высоким КПД, компактностью, безопасностью и отсутствием вредных выбросов. Однако эффективная эксплуатация таких установок невозможна без применения современных средств автоматизации, обеспечивающих стабильное поддержание заданных параметров теплоносителя и адаптацию к меняющимся условиям тепловой нагрузки.
Актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью повышения точности, надежности и энергоэффективности управления индукционными котлами за счет внедрения программируемых логических контроллеров (ПЛК), которые позволяют реализовать гибкие алгоритмы управления, обеспечить диагностику нештатных ситуаций и интеграцию в системы автоматизации зданий. При этом разработка и внедрение автоматизированных систем на базе отечественных или широко распространённых промышленных контроллеров способствует снижению эксплуатационных затрат и повышению автономности работы отопительных установок.
Целью настоящей выпускной квалификационной работы является разработка и исследование системы автоматизации управления индукционным котлом на базе программируемого логического контроллера.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:
1. Изучить конструктивные особенности, принцип действия и технические характеристики индукционного водогрейного котла.
2. Проанализировать технологический процесс управления тепловой нагрузкой системы отопления.
3. Выбрать и обосновать технические средства автоматизации, включая ПЛК и периферийные устройства.
4. Разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы системы автоматизации.
5. Построить и проанализировать математическую модель системы управления котлом.
6. Разработать программное обеспечение для ПЛК, реализующее алгоритмы автоматического управления.
7. Спроектировать операторский интерфейс для мониторинга и управления процессом.
Объектом исследования выступает технологический процесс нагрева теплоносителя в индукционном водогрейном котле.
Субъектом исследования является система автоматизации данного процесса, построенная на базе программируемого логического контроллера.
В работе применялись следующие методы исследования: анализ научно-технической литературы, методы теории автоматического управления, математическое моделирование, проектирование электрических схем, программирование ПЛК на языках стандарта МЭК 61131-3, а также структурно-функциональный подход к проектированию автоматизированных систем.

Весь текст будет доступен после покупки

ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ
1.1 Основы теории автоматического управления
Автоматизацией механизированного производства принято называть организацию управления машинами, механизмами и технологическими установками, а также контроль за их функционированием с использованием специализированных технических средств – от элементарных автоматов до сложных современных вычислительных систем управления, – при этом участие человека либо полностью исключается, либо сводится к минимуму. По сути, автоматизация подразумевает стабильное, безотказное и корректное протекание технологического процесса без постоянного вмешательства обслуживающего персонала или с его ограниченным участием.
Реализация автоматизации любого технологического процесса на уже эксплуатируемом оборудовании предполагает наличие полного комплекта автоматизирующих средств, объединённых в определённую структурную систему.
Структура средств автоматизации включает следующие основные компоненты:
– автоматический мониторинг ключевых параметров (информационный контроль);
– технологическая сигнализация;
– автоматизированные системы защиты;
– автоматические блокировки;
– дистанционное управление;
– автоматическое регулирование (управление).
Автоматический контроль параметров предполагает измерение тех физических величин, которые отражают корректность ведения технологического процесса, а также тех, которые подлежат регулированию. В теплоэнергетике к таким контролируемым параметрам традиционно относятся: давление различных рабочих сред, их расход, уровень жидкостей и сыпучих материалов, температура сред, концентрация отдельных компонентов в газах или жидкостях и другие аналогичные характеристики. Для их измерения выпускается широкий спектр контрольно-измерительных приборов.
Контрольно-измерительные приборы могут монтироваться непосредственно на оборудовании или трубопроводах (местная установка), а также размещаться на центральных щитах управления и контроля, которые по соображениям удобства и безопасности обычно располагаются на удалении от действующих агрегатов. Подавляющее большинство измерительных устройств сосредоточено именно на таких щитах и именуется вторичными приборами. В свою очередь, первичными приборами считаются датчики, оснащённые различными типами преобразователей, предназначенных для передачи измеренных значений на расстояние – к вторичным приборам и регулирующим устройствам.
Датчики, как правило, состоят из чувствительного элемента и одного или нескольких преобразователей (см. рисунок 1). Конструкция чувствительного элемента варьируется в зависимости от природы измеряемого параметра. Преобразователи же предназначены для трансформации сигнала, поступающего от чувствительного элемента, в форму энергии – чаще всего электрическую, – пригодную для надёжной передачи на значительные расстояния.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Воронов, М. В. Автоматическое управление. Управление организационными системами. Цифровые платформы : учебник для вузов / М. В. Воронов, В. И. Пименов, И. А. Небаев. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 475 с.
2) Гутгарц, Р. Д. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления : учебное пособие для вузов / Р. Д. Гутгарц. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 351 с.
3) Острецов, В. Н. Электропривод и электрооборудование : учебник для вузов / В. Н. Острецов, А. В. Палицын. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 180 с.
4) Шишмарёв, В. Ю. Диагностика и надежность автоматизированных систем : учебник для вузов / В. Ю. Шишмарёв. – 2-е изд. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 341 с.
5) Шишмарёв, В. Ю. Организация и планирование автоматизированных производств : учебник для вузов / В. Ю. Шишмарёв. – 2-е изд. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 318 с.
6) Соколов, Б. А. Современные котельные установки: проектирование, эксплуатация, энергоэффективность : учебное пособие / Б. А. Соколов. – Москва : Издательский центр «Академия», 2023. – 112 с.
7) Карякин, С. К. Теплотехнические расчёты и моделирование котельных установок : учебное пособие / С. К. Карякин, А. В. Лукьянов. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2022. – 198 с.
8) Липов, Ю. М. Современные парогенераторы и котельные установки : учебное пособие / Ю. М. Липов, Ю. М. Третьяков, Е. В. Смирнов. – Москва : Издательство «Энергия», 2021. – 624 с.
9) Слухацкий, А. Е. Индукционный нагрев в промышленности: от теории к цифровым технологиям : монография / А. Е. Слухацкий, В. С. Немков, Н. А. Павлов; под ред. В. С. Немкова. – Санкт-Петербург : Политехника, 2023. – 280 с.

Весь текст будет доступен после покупки