Conf.dr.ing. Ioana Făgărăş an · 2013-04-15 · Pentru a asigura degazarea si evacuarea gazelor...

Automatizarea proceselor termo-energeticeCurs 1

Conf.dr.ing. Ioana Făgărăşan

Universitatea “POLITEHNICA" Bucuresti,

Facultatea de Automatica si Calculatoare

2

Obiective

� Studierea automatizarii instalatiilor existente intr-o centralatermoelectrica, in corelatie cu disciplinele ce trateaza :

o Instalatiile tehnologice dintr-o centrala termoelectrica ;o Sisteme de reglare automate

� Se examineaza structura de baza a buclelor de reglare (tipuri de� Se examineaza structura de baza a buclelor de reglare (tipuri deregulatoare, actionari si traductoare), urmand ca sa se evidentieze, infunctie de complexitatea instalatiilor si de performantele cerute infunctionarea acestora, buclele de reglare si protectiile aferente instalatiilorexistente intr-o centrala termoelectrica

� Prezentarea conceptelor de conducere ierarhizata cu exemplificare peconducerea centralelor electrice si incadrarea acestora in conducereasistemului energetic

3

Bibliografie

� ILIESCU S.St., Ioana FĂGĂRĂ�AN – Automatizarea centralelorelectrice, Ed. Printech, 2005, Bucuresti.

� ILIESCU S.St., Teoria reglării automate, Ed. PROXIMA, Bucureşti2006, ISBN 973-7636-15-5

� MIHOC D., ILIESCU S.St., FĂGĂRĂ�AN Ioana, ŢĂRANU Gh.,Conducerea şi automatizarea instalaţiilor energetice, 110 pagini,Editura Printech, Bucureşti, ISBN (10) 973-718-497-1, ISBN (13) 978-973-718-497-9 , 110 pg., 2006

� MIHOC D., ILIESCU S.St., FĂGĂRĂ�AN Ioana, ŢĂRANU Gh., MATEIG., Automatizări electro- şi termoenergetice, Ed. PRINTECH,Bucureşti, ISBN: 978-973-718-936-3, 180 pg., 2008;

4

Ce este automatizarea?

� Automatizarea unui proces presupune alegerea si dimensionareacelor mai eficiente mijloace tehnice care asigura desfasurarea procesuluiin conformitate cu cerintele de performanta impuse.

�Adoptarea unei solutii adecvate de automatizare presupune:

o cunoasterea cat mai completa a evolutiei procesului;o cunoasterea cat mai completa a evolutiei procesului;

o cunoasterea restrictiilor tehnologice in care acesta evolueaza;

o proiectarea si alegerea unei solutii atat ca structura conceptuala,cat si ca echipamente de automatizare care sa permita conducereaprocesului dupa strategii prestabilite, asigurandu-se functionareaechipamentelor la parametrii doriti, cu satisfacerea criteriilor deperformanta impuse intregului sistem de conducere.

5

Cuprins:

1. Introducere in automatizari

2. Caracterizarea generala a proceselor energetice

2.1. Elemente de teoria sistemelor automate.

2.2. Sisteme cuplate rigid la iesire.2.2. Sisteme cuplate rigid la iesire.

3. Procese si instalatii intr-o termocentrala

Principalele circuite si agenti de lucru. Clasificari.

Cerintele impuse SRA dintr-o termocentrala.

Influenta circuitului termic al centalei asupra conditiilor impuseautomatizarii.

6

Cuprins:

4. Automatizarea cazanelor de abur.

4.1. Consideratii generale

4.2. Automatizarea cazanelor de abur cu circulatie naturala (cu tambur)

4.2.1. Cazanul de abur ca obiect reglat

4.2.2. Reglarea automata a procesului de ardere4.2.2. Reglarea automata a procesului de ardere

4.2.3. Reglarea automata a alimentarii cu apa.

4.2.4. Reglarea automata a temperaturii aburului supraincalzit.

4.2.5. Reglarea automata a purjei.

4.3. Automatizarea cazanelor de abur cu strabatere fortata

4.3.1. Cazanul de abur ca obiect reglat

4.3.2. Reglarea automata a procesului de ardere si a alimentarii cu apa

4.3.3. Reglarea automata a temperaturii aburului supraincalzit

7

Cuprins:

5. Automatizarea turbinei si a instalatiilor anexe

5.1. Turbina de abur ca obiect reglat

5.2. Reglarea automata a turbinelor cu abur

5.3. Automatizarea instalatiilor aferente turbinelor cu abur

5.3.1. Reglarea automata a presiunii aburului la labirinti

5.3.2. Reglarea automata a condensatorului 5.3.2. Reglarea automata a condensatorului

5.3.3. Reglarea automata a PIP si PJP

6. Automatizarea instalatiilor interne din centrala

6.1. Automatizarea instalatiilor de alimentare cu combustibil

6.2. Automatizarea degazorului

6.3. Automatizarea SRR

6.4. Automatizarea instalatiilor de prepararea apei de adaos

8

Cuprins:

7. Automatizari electroenergetice in centrale electrice

7.1. Reglarea automata a tensiunii si puterii reactive

7.2. Reanclansarea automata rapida (RAR)

7.3. Sincronizarea automata

8. Subsistemul de conducere dintr-o centrala electrica8. Subsistemul de conducere dintr-o centrala electrica

8.1. Concepte de conducere

8.2. Functiile sistemului de conducere

8.3. Sisteme de protectie, blocaj, comanda si semnalizare

8.4. Structuri de conducere.

9

Capitolul 1: Introducere in automatizari

Definitii

Automatica este ramura stiintei care se ocupa cu studiulmetodelor si mijloacelor prin intermediul carora se asigura conducereaproceselor tehnice, fara interventia directa a operatorului uman.

Implementarea practica a acestor principii, metode si mijloace deconducere a proceselor se numeste automatizare.

Automatizarea proceselor industriale presupune introducereadispozitivelor de reglare automata, comanda automata, protectie sisupraveghere. Dispozitive care asigura indeplinirea functiilor deconducere a instalatiei automatizate.

10


Dispozitivele de reglare

sesizeaza continuu (masoara)

marimea reglata, o compara cu o

alta marime, marimea de referinta

(sau de conducere) si în functie de

rezultatul acestei comparatii se

intervine în sensul aducerii marimii

SUPRAVEGHERE

REGLAREBloc

amplificare

Bloc culegere si

prelucrare primara a intervine în sensul aducerii marimii

reglate la valoarea celei de

referinta. Modul de actiune mai

sus mentionat are loc într-un

circuit închis numit si bucla de

reglare. Reglarea automata se

realizeaza fara participarea

omului, cu ajutorul regulatoarelor

automate.

COMANDA

PROTECTIE

amplificare

si executie

prelucrare primara a

informatiilor din

proces

PROCES

Procesul de automatizat si sistemul de

conducere a proceselor

11


Dispozitivele de comanda

influenteaza marimile de iesire, în

functie de marimile de intrare, pe

baza legitatilor specifice

sistemului. O caracteristica a

procesului de comanda este

evolutia lui în circuit deschis,

SUPRAVEGHERE

REGLAREBloc

amplificare

Bloc culegere si

prelucrare primara a evolutia lui în circuit deschis,

printr-un element de transfer

individual sau printr-un lant de

elemente de comanda.

Mecanismele de protectie

asigura tratarea cu caracter

prioritar asupra comenzii

permitând prevenirea evolutiilor

considerate periculoase pentru

echipamente si personalul de

exploatare.

COMANDA

PROTECTIE

amplificare

si executie


informatiilor din

proces

PROCES



12


Prin supraveghere se intelege

achizitia datelor provenite din

proces (masuratori), prelucrarea si

afisarea informatiilor, arhivare si

semnalizare.

In cazul sistemelor complexe

supravegherea se poate face pe

SUPRAVEGHERE

REGLAREBloc

amplificare

Bloc culegere si

prelucrare primara a supravegherea se poate face pe

mai multe nivele, ingloband in acet

caz si functiile de reglare,

comanda si protectie.

COMANDA

PROTECTIE

amplificare

si executie


informatiilor din

proces

PROCES



13


Prin supraveghere se intelege

achizitia datelor provenite din

proces (masuratori), prelucrarea si

afisarea informatiilor, arhivare si

semnalizare.

In cazul sistemelor complexe


Functionare periculoasaPROTECTIE

Functionare anormala

COMANDA

Functionare normala

VE

GH

ER

EA


mai multe nivele, ingloband in acet

caz si functiile de reglare,

comanda si protectie.

Functiile sistemului de conducere a

proceselor pe domenii de functionare a

instalatiilor

Functionare normala

REGLARE

SU

PR

AV

EG

14


Semnalizarea consta inindicarea optica si acustica:

� a schimbarii modului defunctionare a unei instalatii(semnalizare de pozitie sau

Functionare periculoasaPROTECTIE

Functionare anormala

COMANDA

Functionare normala

VE

GH

ER

EA

(semnalizare de pozitie saufunctionare),

� a aparitiei unei functionarinecorespunzatoare care poateconduce la avarii (semnalizarepreventiva)

� sau la aparitia propriu-zisa aavariei (semnalizare deavarie).

Functiile sistemului de conducere a

proceselor pe domenii de functionare a

instalatiilor

Functionare normala

REGLARE

SU

PR

AV

EG

15


Sisteme de reglare automata

SCA

v

Structura sistemului de reglare automata poate fi descompusa in maimulte componente care prelucreaza informatiile din proces si programulimpus pentru evolutia dorita a acestuia.

RA EE TPyr ε

+ _

u m

v

z y

Echipamente de automatizare

Subsistemele unui SRA:

RA = regulator automat

EE = element de executie

T = traductor

P = procesul propriu-zis

(instalatia tehnologica,

partea fixata)

Marimi:

y = masura

yr= referinta

ε = eroare

u = comanda;

m = executie;

z = calitate;

v = perturbatie

Intrare sau

element de masura

SRA

Dispozitiv de

comandaEE P


uu' m yRezulta o structura de sistem inchis in cadrul careia se evidentieazaprincipalele echipamente de automatizare.

16



SCA

v

Regulatorul prelucreaza marimea de referinta “yr” si variabila de proces “y”

(marime masurata sau marime reglata), generand comanda “u” in scopul

asigurarii evolutiei marimii de calitate ”z”, conform programului impus prin “yr”,

indiferent de actiunea perturbatiei “V”.

RA EE TPyr ε

+ _

u m

v

z y





T = traductor



partea fixata)

Marimi:

y = masura

yr= referinta

ε = eroare

u = comanda;

m = executie;

z = calitate;

v = perturbatie

Intrare sau

element de masura

SRA

Dispozitiv de

comandaEE P


uu' m y

indiferent de actiunea perturbatiei “V”.

Perturbatiile “vi”, pot fi aditive sau parametrice. Actiunea perturbatiilor aditive se

cumuleaza la iesire cu actiunea comenzii “u”; perturbatiile parametrice se

concretizeaza in modificari structurale ale procesului.

17



SCA

v

Este de remarcat faptul ca prin intermediul regulatorului, elementului de executie

si traductorului se asigura evolutia procesului propriu-zis, in conformitate cu

programul impus prin referinta ”yr”.

RA EE TPyr ε

+ _

u m

v

z y





T = traductor



partea fixata)

Marimi:

y = masura

yr= referinta

ε = eroare

u = comanda;

m = executie;

z = calitate;

v = perturbatie

Intrare sau

element de masura

SRA

Dispozitiv de

comandaEE P


uu' m ySarcina operatorului uman, in acest caz, este aceea de a stabili programul “yr”.

Ansamblul de obiecte materiale care asigura controlul desfasirarii proceselor

tehnice (sau altor categorii de procese) fara interventia operatorului uman se

numeste echipament de automatizare.

18



SCA

v

Intrucat, variabilele “z” si ”m” nu sunt specifice fiecarui proces propriu-zis, de cele

mai multe ori cele doua componente ale structurii prezentate direct conectate la

proces, traductorul si elementul de executie, pot fi incluse in cadrul obiectului

condus, rezultand schema functionala compacta a sistemului automat.

RA EE TPyr ε

+ _

u m

v

z y





T = traductor



partea fixata)

Marimi:

y = masura

yr= referinta

ε = eroare

u = comanda;

m = executie;

z = calitate;

v = perturbatie

Intrare sau

element de masura

SRA

Dispozitiv de

comandaEE P


uu' m yRegulatorul prelucreaza referinta “yr” si iesirea masurata “y” sau / si eroarea dupa

legi bine definite. Marimea de eroare se genereaza automat in cadrul

regulatorului.

19



Se spune ca un sistem de reglare automata (SRA) indeplineste sarcinade reglare daca indiferent de actiunea marimilor exogene ce actioneazaasupra procesului este indeplinita conditia:

yRA

Obiect

condus

(P)

yr u

v1 v2

y

+ -

0)(lim =∞→

tt

ε

20


Clasificarea sistemelor de reglare automata

SRA se pot clasifica in:

�sisteme de rejectie a perturbatiilor (cu referinta fixa); SRA asigurafunctionarea procesului intr-un regim stationar fixat prin “yr = ct”, indiferentde actiunea perturbatiilor aditive “v(t)”.de actiunea perturbatiilor aditive “v(t)”.

�sisteme de urmarire – functia de reglare are ca efect final urmarireacat mai fidela de catre marimea masurata a marimii de referinta.

21



RA Pu

v1 v2

y

v

T

v

SRA cu actiune directa

T

RA P

Reglare

perturbatie

Filtru

perturbatie

+

+

+

-

v

y

yr

SRA combinat (reglare dupa referinta si perturbatie)

22



z zy

v1 v2

y

yr

RA2 RA1 EE P1 T1 T2P2

y2

y1

u1

z1 z2y1

+ +-

-

Structura de reglare in cascada a doua variabile z1 si z2

y2

mu2ε

23


Exemplu de automatizare. Degazorul

Pentru a asigura degazarea si evacuarea gazelor antrenate de fluxurilede apa si abur ce ajung in rezervorul degazorului, acesta este prevazut cudoua reglaje automate:o unul de presiuneo si unul de nivel.o si unul de nivel.

In cazul celui din urma, reglarea nivelului se realizeaza automat cuajutorul dispozitivului de automatizare cu plutitor care in functie de nivelulapei in rezervor, variaza deschiderea ventilului prin intermediul unor pargiisi in mod implicit si debitul apei de adaos introdusa in rezervor.

24



In exemplul consideratdegazorul constituieinstalatia de automatizat(obiectul condus) iarelementele 1,2,3 si 41

23

5

D apa

adaos

4

elementele 1,2,3 si 4dispozitivul de automatizare.

Traductorul de nivel constadintr-un plutitor inecat 1, cuo greutate specifica maimare decat cea a apei

1

D apa alimentare cazan

Echipament de

automatizare

Degazor

u EE (5) T(1)RA(2,3,4

)

m = debit apa

adaos

z = nivelul

in rezervor y

y

v1 = debit apa

alimentare

cazan

v2 = debit abur

25



Asupra acestuia actioneaza trei

forte : greutatea proprie G,

forta data de sistemul de

transmisie T care e constanta

si forta de impingere a apei1

23

5

D apa

adaos

4

si forta de impingere a apei

dislocuite F:

F=Vγγγγ

unde V este volumul de apa

dislocuit de plutitor (proportional

cu inaltimea scufundata a

plutitorului H, de ex. V=SH) iar γ

este greutatea specifica a apei.

1


Echipament de

automatizare

Degazor

u EE (5) T(1)RA(2,3,4

)

m = debit apa

adaos

z = nivelul

in rezervor y

y

v1 = debit apa

alimentare

cazan

v2 = debit abur

26



La echilibru, in regim stationar :

G – T - HSγ=0

si cum G, T, S si γ sunt

constante, rezulta :

1

23

5

D apa

adaos

4

G T−=

1


Echipament de

automatizare

Degazor

u EE (5) T(1)RA(2,3,4

)

m = debit apa

adaos

z = nivelul

in rezervor y

y

v1 = debit apa

alimentare

cazan

v2 = debit abur

G TH

Sγ

−= =ct

In concluzie adancimea de

scufundare H a plutitorului

ramane tot timpul aceiasi, ceea

ce inseamna ca plutitorul

urmareste variatia de nivel.

Variatia plutitorului este

transmisa prin tija 2, care prin

intermediul parghiei 3

antreneaza prin tija 4 ventilul de

reglare 5.

27


Scheme folosite in automatica

� Conceptia privind functionarea si realizarea fizica a oricarei instalatiide automatizare (comanda, reglare, semnalizare, etc.) sematerializeaza in faza de proiectare in scheme care fac parteintegranta din documentatia de executie a instalatiei respective.integranta din documentatia de executie a instalatiei respective.

�Schemele folosite in automatica se pot impartii in urmatoarele grupe :oScheme functionaleoScheme de montareoDocumente generale

28



Scheme functionale

�scheme tehnologice cu automatizari (sau P&ID - Process and

Instrumentation Diagram) : in care sunt reprezentate atat elementele instalatiei

automatizate cu legaturile functionale cat si elementele si circuitele instalatiei de

automatizare.automatizare.

�scheme bloc : cuprind elemente ale instalatiei de automatizare cu legaturile

functionale dintre ele, astfel incat din ele sa rezulte principiul de functionare al

instalatiei de automatizare.

�scheme desfasurate : reprezinta legaturile dintre aparate sau dintre

elementele componente ale acestora, care permit intelegerea si urmarirea

functionarii efective a circuitelor electrice ;

�scheme de alimentare : cuprind alimentarea cu energie a instalatiei de

automatizare.

�diagrame functionale : cuprind starile de functionare succesive ale

instalatiei cu mentionarea eventualelor temporizari intre operatii succesive.

29



Scheme functionale

�scheme tehnologice

cu automatizari (sau

P&ID - Process and

~

~

S1

f1

u1

BCS

PTo

APA

ABUR 6 bar

DEGAZOR 6 bar1

PC

r

P&ID - Process and

Instrumentation Diagram)

�scheme bloc

�scheme desfasurate

PID BCS DEGAZORTRADUCTOR

DE PRESIUNE+

yε

f1

EA+ORS1

yr u z

PC EE

1r

a)

b)

~

~

~

~~ ~

EPA 1 EPA 2~ ~

1g

PI

m

30



Scheme functionale

�scheme tehnologice

cu automatizari (sau

P&ID - Process and

R NLA

eContrapanou

GE 01

�−

o o o

o o o o+ +T J

U1

FE102 B

U V G

P&ID - Process and

Instrumentation Diagram)

�scheme bloc

�scheme desfasurate oooo

o o o o

o og1

AI 192

+

oo

Panou

GE 01

Local

1 2 3 4 5 6 7 8o oo

oooo

o o ooo

U V2B 27

BCS

oo o ooo o o1 2S1

MRD 1

o

o

o

o

PD

oo o

o o o+

E

r1

ELC113C

+M T1

ooo o oT2 C1 C2 U N

IP

o of1

FE1 GM

+B E

c)

31



Scheme de montare

�scheme sau tabele de conexiuni interioare : pe baza carora se executa

legaturile dintre aparate precum si legaturile dintre aparate si sirurile de cleme

din interiorul tablourilor sau pupitrelor de comanda.

�schemele sau tabelele de conexiuni exterioare : pe baza carora se executa�schemele sau tabelele de conexiuni exterioare : pe baza carora se executa

legaturile dintre echipamente si aparatele locale (traductoare, butoane de

comanda, actionari, ....)

�planuri de montare : care fac parte din proiectul tehnic constructiv al fiecarui

echipament de automatizare si servesc la montajul accestuia (echipari de

panori, inscriptii pe etichete, trasee de cabluri, etc.)

Documente generale : cuprind celelalte informatii necesare procurarii

echipamentelor si materialelor cu care se executa instalatia de automatizare

proiectata (specificatii de echipamente, fise tehnice, jurnale de cabluri si

conducte)

Date post:	04-Jan-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	16 times
Download:	0 times

Conf.dr.ing. Ioana Făgărăş an · 2013-04-15 · Pentru a asigura degazarea si evacuarea gazelor...

Documents