Details

Объект разработки – водогрейный котёл КВГМ-20 (котельная установка теплоснабжения) производительностью 20 Гкал/ч, работающий на газе/мазуте и функционирующий при переменной тепловой нагрузке. Цель работы заключается в разработке и обосновании решений по автоматизации режимов работы котла, обеспечивающих поддержание температуры сетевой воды на выходе, повышение экономичности, надёжности и безопасности эксплуатации. Методология выполнения работы включает анализ технологического процесса и его параметров, выбор регулируемых и контролируемых величин, определение состава сигнализации, защит и блокировок, а также обоснование применяемых средств контрольно-измерительных приборов; дополнительно выполняются расчёты первичных преобразователей, в том числе измерение расхода по перепаду давления с применением диафрагмы, расчёт параметров измерительных схем температуры, проектирование контуров системы автоматического регулирования, выбор закона управления, подбор исполнительного механизма и расчёт переходного процесса. В результате работы сформирован перечень параметров контроля, сигнализации и защит, подобраны датчики расхода, температуры и давления, выполнены расчёты для диафрагмы и для мостовой схемы датчика температуры с целью достижения максимальной чувствительности измерительного канала, разработан и обоснован ключевой кон-тур регулирования расхода газа по температуре воды на выходе котла, выполнен выбор регулятора и регулирующего органа и построена структурная схема системы. Новизна работы состоит в комплексной увязке выбора измерительных средств и функций безопасности с расчётно-обоснованным проектированием основного контура регулирования именно для котла КВГМ-20 с заданными режимными параметрами и требованиями к качеству управления. Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики решения включают контроль температур, давлений и расходов основных сред (газ, мазут, воздух, сетевая вода), применение унифицированных средств измерения и регулирования, реализацию сигнализации и технологических защит, а также использование исполнительного механизма с регулирующим клапаном по топливу; предусмотрена оценка динамических характеристик системы по переходным процессам. Область применения результатов - отопительные и производственные котельные и системы теплоснабжения, где требуется стабилизация параметров сетевой воды и повышение безопасности эксплуатации оборудования. Экономическая значимость работы определяется потенциальным снижением удельного расхода топлива за счёт более устойчивого регулирования, уменьшением вероятности аварийных режимов и простоев, сокращением влияния человеческого фактора и повышением эксплуатационной надёжности. Прогноз дальнейшего развития объекта исследования связан с углублением цифровизации котельных: интеграцией САР с диспетчеризацией/SCADA, расширением функций диагностики и регистрации параметров, переходом к предиктивному обслуживанию по данным датчиков, а также повышением точности измерений и робастности контуров регулирования. В ходе работы решались следующие задачи: - описание технологического процесса котла КВГМ-20 и его оборудования; - формирование перечня параметров процесса и определение целей управления; - выбор регулируемых и контролируемых параметров, параметров защиты и блокировки; - подбор датчиков расхода, температуры, давления; - проектирование контуров САР котла; - настройка ключевого контура: регулирование расхода газа по температуре воды на выходе; - выбор регулятора и конкретных средств регулирования; - выбор регулирующего органа/привода, расчёт передаточных функций усилителя и исполнительного механизма, составление структурной схемы. В результате работы планируется спроектировать изделие, которое полностью будет соответствовать заданному ТЗ.

The object of development is the KVGМ-20 hot-water boiler unit (a boiler-house heat supply facility) with a capacity of 20 Gcal/h, fired by gas/fuel oil and op-erating under variable heat demand. The aim of the work is to develop and justify automation solutions for the boiler operating modes that ensure maintaining the out-let district-heating water temperature and improving efficiency, reliability, and oper-ational safety. The methodology includes analysis of the technological process and its parameters, selection of controlled and monitored variables, definition of the alarm set as well as protections and interlocks, and justification of the applied instrumenta-tion; it also includes calculations for primary measuring devices, in particular differ-ential-pressure flow measurement using an orifice plate, calculation of parameters for temperature measurement circuits, design of automatic control loops, selection of the control law, selection of the actuator, and transient-response analysis. As a result, a set of monitored, alarmed, and protected parameters was defined, flow/temperature/pressure sensors were selected, calculations were performed for the orifice plate and for the temperature-sensor bridge circuit to achieve maximum measurement sensitivity, and the key control loop “gas flow control based on outlet water temperature” was developed and justified; the controller and the final control element were selected and the system block diagram was prepared. The novelty of the work lies in an integrated linkage between the selection of measuring instruments and safety functions and a calculation-based design of the main control loop specifi-cally for the KVGМ-20 boiler under the specified operating parameters and control-quality requirements. The main design, technological, and performance characteris-tics of the solution include monitoring of temperatures, pressures, and flow rates of the main media (gas, fuel oil, air, and network water), the use of unified measuring and control devices, implementation of alarms and technological protections, and the use of an actuator with a fuel control valve; dynamic performance is assessed via transient-process analysis. The results can be applied in heating and industrial boiler houses and heat-supply systems where stabilization of district-heating water parame-ters and improved operational safety are required. The economic significance of the work is associated with potential reductions in specific fuel consumption due to more stable control, lower risks of abnormal/emergency modes and downtime, reduced dependence on manual operation, and improved operational reliability. Further de-velopment of the object is expected to involve deeper digitalization of boiler houses, including integration of control systems with SCADA/dispatching, expanded diag-nostics and data logging, a transition to predictive maintenance based on sensor data, and improvements in measurement accuracy and control-loop robustness. The following tasks were accomplished during the project: - description of the KVGM-20 boiler process and its equipment; - compilation of the process parameter list and definition of control objec-tives; - selection of controlled and monitored parameters, protection and inter-lock parameters, alarm system composition, and actuator installation points; - selection of flow, temperature, and pressure sensors; - design of the boiler ACS loops; - tuning of the key loop: gas flow control based on outlet water tempera-ture; - selection of the controller and specific control devices; - selection of the final control element/drive, calculation of transfer func-tions for the amplifier and actuator, and development of the control system block di-agram. As a result of the work, it is planned to design a system that fully meets the requirements of the given technical specification.