Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Разработка системы управления технологическими параметрами в барабане-сепараторе атомного реактора.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОПИСАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА 5
1.1 Характеристика предприятия 5
1.2 Описание цеха 7
1.3 Описание объекта 11
1.4 Постановка задачи 17
1.5 Техническое задание 17
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 19
2.1 Описание объекта управления 19
2.1.1 Барабан-сепаратор 19
2.1.2 Выбор датчиков 20
2.2 Описание системы управления 38
2.3 Разработка математической модели 40
3. РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ 42
3.1 Выбор типа регулятора 42
3.2 Расчет параметров регулятора 44
3.3 Моделирование в Simulink 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58

Введение:

Актуальность темы. В настоящее время во многих сферах промышленности используются системы управления и АСУ ТП. В рамках выполнения данной работы рассматривается разработка системы управления технологическими параметрами в барабане-сепараторе атомного реактора.
Введение более современных исполнительных механизмов, с значительно меньшими потреблением энергии и более высокой точностью регулирования объектов управления, а так же с большей надёжностью позволяет сократить затраты на обслуживание оборудования, энергозатраты производства, снизить себестоимость продукции, а самое главное повысить качество получаемой продукции.
Автоматизация производства играет важную роль в современной промышленности. Введение автоматизации на производстве позволяет повысить эффективность труда, улучшить качество выпускаемой продукции и создать оптимальное использование всех ресурсов предприятия.
Целью написания выпускной квалификационной работы является разработка системы управления технологическими параметрами в барабане-сепараторе атомного реактора.
При написании работы были поставлены следующие задачи:
1. Выполнить описание производства. Разработать техническое задание на выполнение проекта;
2. Выполнить исследование математической модели объекта управления. Произвести выбор датчиков.
3. Выполнить имитационное моделирование системы управления.
Объектом исследования является процесс разработки системы управления технологическими параметрами в барабане-сепараторе атомного реактора.
Предмет исследования – барабан-сепаратор.

Заключение:

В результате выполнения работы была разработана система управления технологическими параметрами в барабане-сепараторе атомного реактора.
Для успешного регулирования технологических параметров необходимо было произвести выбор следующих датчиков:
— датчика расхода воды;
— датчика расхода пара;
— датчика температуры.
При определении показателей эффективности процесса был сделан вывод, что основным показателем эффективности является качество на выходе из объекта управления.
Были сформированы и решены основные задачи оптимизации системы управления, такие как составление математической модели объекта управления.
Был произведен анализ качества управления объектом.
Произведен расчет настроечных коэффициентов ПИД–регулятора, проведено моделирование процесса управления. В ходе расчетов были найдены наилучшие настройки для ПИД-регулятора.
В результате написания работы были выполнены следующие задачи:
1. Выполнено описание производства. Разработано техническое задание на выполнение проекта;
2. Выполнено исследование математической модели объекта управления. Произведен выбор датчиков.
3. Выполнено имитационное моделирование системы управления.

Фрагмент текста работы:

1 ОПИСАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
1.1 Характеристика предприятия

В рамках написания выпускной квалификационной работы будет рассматриваться Ленинградская АЭС (РБМК 1000).
Место расположения: вблизи г. Сосновый Бор (Ленинградской обл.)
Количество действующих энергоблоков: 4
Количество энергоблоков в стадии строительства: 1 (ВВЭР-1200)
Крупнейшая в России АЭС по установленной мощности 4200 МВт. ЛАЭС – единственная в России станция, где действуют энергоблоки двух разных типов – канальные уран-графитовые и водо-водяные.
Станция состоит из 6-ти энергоблоков. Блок № 1 РБМК-1000 остановлен для вывода из эксплуатации 21 декабря 2018 года после 45 лет работы. Блоки №2,3,4 РБМК-1000 и блок № 5 ВВЭР-1200 – в работе. Блок № 6 ВВЭР-1200 – в стадии сооружения (пуск в 2020 году).
За всю историю работы ЛАЭС выработала 1 трлн 50 млрд кВт-ч электроэнергии – это рекордный показатель в истории отечественной атомной энергетики.
Станция обеспечивает более 55% энергопотребления г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области. В энергетическом балансе всего Северо-Западного региона на долю Ленинградской АЭС приходится 27%. ЛАЭС – важнейшее градообразующее предприятие города Сосновый Бор, расположенного на южном берегу Финского залива, в 42 км от административной границы Санкт-Петербурга.
Станция является основным поставщиком тепловой энергии для населения и промышленных предприятий г. Сосновый Бор.
Уникальные возможности канальных реакторов позволили внедрить на станции технологии радиационной обработки материалов, а также производство дополнительной продукции в виде медицинских и общепромышленных радиохимических изотопов 10-ти наименований.
Строительство Ленинградской АЭС было начато в июле 1967 года, а в 22 декабря 1973 года состоялся энергетический пуск первого блока.
ЛАЭС состоит из четырех блоков типа РБМК-1000. Установленная мощность станции – 4000 МВт. Проектная выработка – 28 млрд кВтч в год.
Первоначально проектный эксплуатационный ресурс каждого реактора и основного оборудования энергоблоков был установлен в 30 лет. В результате выполненной на ЛАЭС модернизации ресурс каждого из четырех энергоблоков продлен на 15 лет.
21 декабря 2018 г. в 23:30, после 45 лет безопасной эксплуатации, окончательно остановлен энергоблок №1 Ленинградской АЭС – головной энергоблок в серии РБМК-1000 и первый в СССР реактор большой мощности 1000 МВт.
Действующие энергоблоки Ленинградской АЭС представлены в виде таблицы 1.1.
Таблица 1.1 – Действующие энергоблоки Ленинградской АЭС
Номер энергоблока Тип реактора Установленная мощность, МВТ Дата пуска

Внешний вид представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Внешний вид Ленинградской АЭС
1.2 Описание цеха
В работе рассматривается реактор большой мощности РБМК-1000.
Данный реактор является гетерогенным канальным реактором с графитовым замедлителем и водяным кипящим теплоносителем. В качестве топлива используются уран-эрбиевые таблетки (диоксид урана UO2 с добавкой оксида эрбия Er2O3).
Реактор представляет собой цилиндр диаметром 11,8 м, высотой 8 м, который помещен в бетонную шахту и состоит из графитовых блоков. В цилиндре помещены 1693 топливных канала. В каждый ТК устанавливается тепловыделяющая сборка (ТВС). ТВС состоят из 18 ТВЭЛов – циркониевых трубок с таблетками ядерного топлива. Активная зона – вертикальный цилиндр высотой 7 м и диаметром 11,8 м. Вокруг активной зоны, а также сверху и снизу находится сплошная графитовая кладка толщиной 0,65 м, выполняющая функцию отражения. Вокруг реактора расположен кольцевой бак с водой – это боковая биологическая защита.
На один энергоблок с реактором РБМК-1000 устанавливаются две турбоустановки с конденсационными турбинами К-500-65/3000 и генераторами ТВВ-500-2. Турбина мощностью 500 МВт с частотой вращения 3000 об/мин состоит из двухпоточного цилиндра высокого давления (ЦВД) и четырех двухпоточных цилиндров низкого давления (ЦНД).
На рисунке 1.2 представлена конструкция реактора РБМК-1000.