Автоматизация печи дожига газов

4. Выбор  технических средств автоматизации

 

На основании  существующей функциональной схемы  выберем технические средства для  проектируемой системы управления дожига остаточных газов.

Регулирование технологических параметров в каждом отдельном контуре осуществляется при помощи контроллера IUC9300 для работы в стандартных промышленных сетях.

IUC9300 - модульные  контроллеры компании PEP Modular Computers на  основе мезонинной шины CXC обладают  многими возможностями систем VME при заметно меньшей стоимости.  Это делает их применение весьма привлекательным для решения многих задач автоматизации производства. Однопроцессорная шина CXC обеспечивает скорость передачи данных до 10 Мбайт/сек. В крейте CXC контроллера может устанавливаться до 7 модулей ввода/вывода. Применение мезонинной технологии CXC позволяет создавать как мощные локальные VME подсистемы, так и автономные интеллектуальные контроллеры. IUC9300 способны обрабатывать до 250 каналов ввода/вывода. Малые геометрические размеры CXC-модулей (100 х 115 мм) обеспечивают наилучшие эксплуатационные характеристики: микропотребление, высокую виброударопрочность, компактность. Базируясь на технологии «открытых магистрально-модульных систем», IUC9300 полностью программно совместим с системами VME9300, SMART I/O и SMART2 сочетая в себе возможности мощного управляющего компьютера реального времени и программируемого логического контроллера - PLC.

Базовое программное  обеспечение:

• стандартные операционные системы реального времени: OS-9, VxWorks, VRTX;
• промышленные сети FieldBus (ProfiBus, BitBus, CAN-bus); сетевые протоколы: TCP/IP, DECnet, Profibus-DP/FMS, NFS;
• промышленные языки программирования PLC-контроллеров IEC-1131.

Средства программирования:

• средства разработки для OS-9, VxWorks, VRTX;
• ISaGRAF - система программирования PLC-контроллеров на промышленных языках в соответствии со стандартом IEC1131-3 для MS-Windows.

Интерфейс промышленной локальной сети ProfiBus позволяет создавать  распределенные системы, объединяющие интеллектуальные контроллеры различной  мощности: VME9300, IUC9300, SMART , а также контроллеры других производителей, интеллектуальные датчики и исполнительные устройства с интерфейсом ProfiBus.

Фирма PEP Modular Computers (Германия), образованная в 1975 году, имеет 26-тилетний опыт в обеспечении высоко-технологичных решений для промышленной автоматизации, особенно для рынка встоенных систем реального времени.

Продукция имеет  два исполнения: с рабочим температурным  диапазоном 0 - 70°С и -40°С - +85°С. Компания сертифицирована по ISO9001. Оборудование имеет сертификат Госстандарта России, как средство измерения и Разрешение Госгортехнадзора для применения в автоматизации опасных объектов.

Применение  оборудования РЕР можно найти  в таких областях как промышленная автоматизация, управление движением  транспорта, автомобильной промышленности, транспорте, телекоммуникации, автоматизации производства, тестировании и измерении, автоматизации зданий, управлении энергетическими установками. Благодаря высокой вибро- и удароустойчивости РЕР оборудование идеально подходит для применения в мобильных приложениях, таких как летательные аппараты, железнодорожный транспорт, в морской, аэрокосмической или военно-морской области.

Выбираем контроллер СХМ-SIO6, оснащенный двумя интерфейсами RS232/485 для процессорных последовательных портов и четырьмя последовательными каналами (2*MC68681) с интерфейсом RS232/422/485.

Для микроконтроллера СХМ-SIO6 необходимо дополнительно выбрать модули ввода - вывода для преобразования аналоговых входных сигналов, поступающих с первичных преобразователей, в цифровые, для работы микроконтроллера, и обратного преобразования, которое осуществляет модуль вывода.

В комплекте  с указанным контроллером используются следующие модули ввода/вывода и  модули специального назначения.

CXM-IDAD-16 - 16 – канальный модуль аналогового ввода/вывода. Модуль оснащен 16-ти канальным АЦП, разрядность - 16 разрядов, время преобразования - 25 мкс, входной сигнал – унифицированный токовый в диапазоне 4 – 20 мА или напряжение постоянного тока в диапазоне 0 – 5 или 0 – 10 В. Ввывод осуществляется через 8-ми канальный ЦАП, разрядность - 12 разрядов, выходной сигнал - унифицированный токовый в диапазоне 4 – 20 мА или напряжение постоянного тока в диапазоне 0 – 5 или 0 – 10 В. Модуль оснащен встроенным таймером, разрядность – 24 разряда.

CXM-DIO6 -  16 канальный модуль дискретного ввода/вывода. Модуль имеет 16 дискретных каналов ввода, максимальное напряжение 60 В, максимальный ток 6 мА и 8 дискретных выходов, номинальное напряжение 24 В, номинальный ток – 1 А. Входы и выходы гальванически развязаны.

Исходя из количества и номенклатуры требуемых каналов  ввода/вывода выбираем следующие модули ввода-вывода и модули специального назначения:

• 16-ти канальный модуль аналогового ввода-вывода CXM-IDAD-16  – 3 шт.;
• 16-ти канальный модуль дискретного ввода-вывода CXM-DIO6  – 3 шт.;

Для питания  контроллера, внутренней электроники  модулей ввода/вывода и выходных цепей используется первичный импульсный источник питания, встроенный в крейт.

Технические характеристики:

• выходное напряжение: пост. 24 В;
• номинальное напряжение: перем. 220 В;
• диапазон входного напряжения: перем. 85 В – 132 В/176 В – 264 В;
• время задержки выхода: > 20 мс;
• входной ток (тип.): 2,8 А при перем. 220;
• пусковой ток (тип.): < 30 Ас;
• выходное напряжение: пост. 24 В;
• выходной ток: пост. 10 А;
• окружающая температура эксплуатации: 0 – 50 °С;

 

В качестве ЭВМ  используется станция технологического управления Advantech IPC-510-SYS2-1.

Технические характеристики:

• процессор: Intel Pentium 4 с частотой 2,67 ГГц (Socket 478, системная шина 533 МГц);
• процессорная плата: Advantech PCA-6186 (чипсет Intel 845GV);
• ОЗУ: 512 Мбайт DDR SDRAM PC2700;
• видеоконтроллер: Intel Extreme Graphics (AGP 8х), интегрирован в чипсет;
• жёсткий диск: 40 Гбайт, UltraATA/100;
• привод CD_ROM 52X, IDE;
• дисковод 1,44 Мбайт, 3,5";
• звуковой контроллер: кодек AC-97, 6 – канальный;
• сетевой интерфейс: Ethernet 10/100 TCP/IP;
• разъёмы: 7 ISA, 4 PCI 32 бит/33 МГц;
• интерфейсы: 6 USB 1.1, 2 RS–232, 1 LPT, 1 PS/2;
• температурный режим: 0 – 40 °С (работа), -20 – +60 °С (хранение);
• влажность: 10 – 85% при 40 °С (работа), 10 – 95% при 40 °С (хранение), без образования конденсата;
• размер: 177 х 482 х 450 мм.

 

Для измерения  температуры применим датчик ТХАУ Метран271МП.

Назначение: преобразователь  термоэлектрический Метран-276 предназначен для измерения температуры жидких и газообразных химически агрессивных и неагрессивных сред. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь, преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что даёт возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Технические характеристики:

• возможность измерения в агрессивных средах;
• тип термопары: ТХА (К);
• количество чувствительных элементов 1;
• схема соединений: двухпроводная;
• диапазон измеряемых температур: -40 + 800 ⁰С;
• рабочий спай: изолированный;
• климатические условия: до значения температуры воздуха 85 ⁰С;
• зависимость: линейная;
• выходной сигнал - унифицированный токовый в диапазоне 4 – 20 мА;
• интерфейс RS – 485;
• протокол HART;
• взрыво-, пожаробезопасен, вид взрывозащиты: 1ExdllCT6X;
• степень защиты от внешних воздействий: IP65;
• условное давление: 16 МПа;
• материал защитной арматуры: 12Х18Н10Т;
• средний срок службы: не менее 8 лет.

В зависимости  от значения измеряемой температуры  и параметров измеряемой среды используются датчики со следующими диапазонами  измерения:

• температура в топке печи F03 520°C: диапазон измерения -40 – 800°C;
• температура дымовых газов после Е07 350°C: диапазон измерения -40 – 800°C;
• температура дымовых газов на вершине трубы D01 320°C: диапазон измерения -40 – 500°C;
• температура перегретого пара <380°C: диапазон измерения -40 – 500°C;

 

Для измерения  расхода кориолисовым методом применим датчик Метран Micro Motion.

Назначение: кориолисовые расходомеры предназначены для  прямого измерения объемного  расхода газов, жидкостей и взвесей. Все измерения выполняются в  реальном времени.

Технические характеристики:

• измеряемые среды: агрессивные среды с высокой химической активностью (газ с содержанием сероводорода, кислоты, щёлочи, нефтепродукты, сырая нефть, морская вода).
• напряжение питания =24 В.
• избыточное давление в трубопроводе до 10 МПа.
• предел относительной погрешности 0,5%.
• ряд верхних пределов измерений, кПа: 4; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63.
• температура окружающего воздуха - 20 + 70 ⁰С.
• относительная влажность окружающей среды до 95 %.
• устойчив к вибрации и магнитным полям.
• выходной сигнал - унифицированный токовый в диапазоне 4 – 20 мА
• интерфейс RS - 485.
• взрыво,- пожаробезопасен.

В зависимости  от диаметра трубопровода в месте  измерения расхода, величины расхода  и параметров измеряемой среды выбираем расходомеры со следующими диапазонами измерения:

• расход газов, подаваемых в печь F03: давление 0,03кгс/м², диапазон измерений 0-43000 (м³/ч);
• расход топливного газа: 2000 (м³/ч), давление 3,5 кгс/м², диапазон измерений 0-13000 (м³/ч);
• расход воздуха: 20000 (м³/ч), давление 0,1 кгс/м², диапазон измерений 0-43000 (м³/ч);

Для измерения  содержания SO₂ и O₂ в дымовых газах применим универсальный газоанализатор Гамма-100.

Назначение:

Многокомпонентный стационарный газоанализатор ГАММА-100 предназначен для непрерывного автоматического измерения от 1-го до 3-х компонентов из следующего набора газов СО, СО₂, SО₂, H₂, N₂, CН₄, NO, О₂ при контроле различных технологических процессов.

Газоанализатор  ГАММА-100 изготавливается, как в трех-, двухкомпонентном, так и в однокомпонентном варианте и используется в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами в черной , цветной металлургии,нефтяной и газовой промышленности, цементной и стекольной промышленности, предприятиях производства кирпича и керамики, в химической и нефтехимической промышленности, ТЭЦ, ГРЭС, котельных и т.д.

Технические характеристики:

• Принципы измерения: оптико-акустический, термомагнитный, термокондуктометрический;
• Диапазоны измерения SO₂, г/м³: 0 – 2, 0 – 5, 0 – 10, 0 – 20, 0 – 60;
• Способ измерения SO₂: оптико-акустический;
• Дипазоны измерения O₂, объемная доля, % : 0 – 1, 0 – 2, 0 – 5, 0 – 10, 0 – 20, 0 – 30, 0 – 60;
• Способ измерения O₂: термомагнитный;
• Количество измерительных каналов: 1 – 3;
• Среднее время наработки на отказ: 120 000 часов;
• Габаритные размеры: длина – 435 мм, ширина – 485 мм, высота – 280 мм, масса - 20 кг.

 

Для контроля пламени в печи F03 применим прибор контроля пламени «Пламя-М».

Приборы Пламя-М  предназначены для применения в  схемах защиты и сигнализации газотурбинных  установок, печей и котлов.

Приборы Пламя-М  можно также использовать в системах защиты газотурбинных установок  от последствий самопроизвольного  погасания пламени в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Технические характеристики:

• Освещенность фотодатчика: не более 20000 лк;
• Инерционность: не более 2 с;
• Выходные параметры: 3 переключающие группы контактов реле;
• Напряжение питания: 12 или 24 В.
• Потребляемая мощность: не более 4,5 ВА;
• Длина линии связи: не более 300 м.

Использование для контроля инфракрасных датчиков гарантирует высокую чувствительность приборов во всем диапазоне освещенности.

При выходе температуры  воздуха, окружающего датчик, за пределы установленных значений мы можем поставить дополнительный корпус для охлаждения (обогрева).

В приборах предусмотрена  сигнализация при обрыве линии связи.

 

В качестве контактора давления на линии топливного используем реле избыточного давления однопредельные Метран РД.

Реле имеют  следующие характеристики:

• контролируемая среда: газ, пар, жидкость;
• тип уставки: при понижении давления;
• способ срабатывания реле: на замыкание;
• постоянный ток, коммутируемый контактами: 0,01 – 0,5 А;
• коммутируемое напряжение: