Безопасная эксплуатация котельных установок и эффективное управление процессом диспетчеризации достигается за счет автоматизации систем и современных информационных технологий. Усовершенствование старых котельных или их замена новыми позволяет ликвидировать проблему вышедшей из строя системы и реконструировать устаревшую автоматику.
Возможности системы автоматизации котельных
Она обеспечивает:
- автоматическое регулирование параметров теплоносителей;
- пуск, остановку, управление и регулирование мощности;
- включение резервного котла, если рабочий остановится;
- автоматическое управление работой насосных устройств;
- питание котловых контуров;
- выполнение энергосберегающих алгоритмов котельной;
- аварийное срабатывание сигнализации и передачу сигналов на верхний уровень.
Автоматизация котельных установок на базе оборудования завода «МЗТА» – это залог качественного и оперативного обслуживания. Это предупреждение о возникновении аварийных ситуаций, сокращение времени на поиск и устранение аварии.
Сократить энергозатраты, время простоя оборудования, расходы на ремонтные работы, увеличить срок эксплуатации и обеспечить оптимальный режим работы – можно, благодаря автоматизированным системам.
Функции системы диспетчеризации котельной
Усовершенствовать тепловые котельные можно путем внедрения системы диспетчеризации. Она позволяет в удаленном режиме получать данные и управлять работой котельной. С ее помощью становится возможным управление технологическим процессом в режиме реального времени, ведение журнала тревог и регистрация действий пользователей системы.
Следовательно, диспетчеризация повышает качество и скорость обслуживания котельной, позволяет своевременно реагировать на аварийные ситуации, сокращать износ оборудования и повышать производительность труда сотрудников.
Управлять автоматизированной котельной можно из центрального диспетчерского пункта. Это дает возможность сократить количество обслуживающего персонала.
Закажите разработку проекта автоматизации холодильных установок и диспетчеризации у наших специалистов.
By Артматика on 10.11.2018
Завершили первую производственную наладку системы, задача — автоматизация паровой котельной. Проект интересен серийным выпуском, а еще своим новшеством. Это котельная на газовом конденсате, для обогрева оборудования буровой установки. Установка очень компактаная, размером с контейнер.
Особенность в том, что котельная будет перемещаться на единой платформе вместе с буровой. Нет необходимости разбирать трубопроводы и прочие коммуникации при передвижении. Наши задачи — проектирование разделов автоматики и ОПС, подбор и поставка КИПиА, программирование микроконтроллера и панели оператора, диспетчеризация и наладка. Уже в первой поездке на производство мы увидели
как здорово конструкторам удалось уместить тенологическое оборудование в столь небольшой объем. Важно и то, что осталось достаточно места для обслуживания, мы оценили это по расположению узлов автоматики.
Технологическое оборудование и КИП котельной
А вот так выглядит ниша звуковой и световой сигнализации, осталось наклеить на табло надпись ГАЗ-НЕ ВХОДИТЬ!
Гнездо подключения внешней электросети котельной
Поставка сетевых насосов котельной наша — как обычно, это
КИП — применены, конечно же, приборы Росма: , обновленные , датчики давления.
С учетом суровых климатических условий эксплуатации, помещение котельной и помещение топливного бака необходимо прогреть перед первым пуском (в процессе работы тепла будет достаточно от стенок котла). Для этого применяем тепловые завесы и конвекторы Сибртех с термостатами от БауМастер
Система автоматики и ОПС
Не столь часто беремся за проектирование и поставку систем охранно-пожарной сигнализации. Сделали по просьбе заказчика, здесь процесс наладки ОПС:
Сборку распределительного щита и шкафа автоматики в этот раз выполнил сам производитель котельной, по выданному нами проекту:
Котельная небольшая, сигналов не столь много, применили контроллер Siemens LOGO!
Панель оператора котельной — мнемосхемы, управление, уставки
В качестве панели оператора применили уже привычный Weintek.
На панели отображаются текущее состояние системы, показания параметров работы и текстовые сообщения о нарушении работы. Индикация позволяет осуществлять контроль за состоянием системы, и, при необходимости, изменять параметры.
Лайфхак. Применена простая модель горелки, которая не имеет выходного сигнала Работа, (только Авария). Парой нехитрых манипуляций в качестве Работы мы забрали сигнал с вентилятора горелки.
Введение
В нашей стране действуют десятки тысяч различных по оснащению и назначению котельных. Большое распространение получило строительство котельных работающих на газовом топливе. Т.к. транспортировка и подготовка газа проще, технологический процесс сжигания газа менее сложен, чем других видов топлива, при сжигании газа менее страдает экология.
Отопительные и отопительно-производственные котельные занимают одно из ведущих мест среди потребителей топливных ресурсов, расходуя до 50% добываемого в стране топлива. В настоящее время в городах и поселках насчитывается более 120 тыс. котельных, среди которых более 100 тыс. работают на газовом топливе и мазуте.
В настоящее время уровень автоматизации технологических установок на котельных остается низким. Котельные в основном эксплуатируются с обслуживающим персоналом непосредственно вмешивающимся в управление технологическим процессом. Применяемые средства автоматизации и приборы в основном прямого воздействия без использования технологического контроллера.
Техническая эксплуатация отопительно-производственных котельных связана с трудоемкими и утомительными для ручного обслуживания процессами. Нарушения нормального хода технологических процессов на котельных могут вызвать аварии отопительных систем и тяжелые последствия. Поэтому непременным условием эксплуатации котельных является автоматизация основного и вспомогательного оборудования, обеспечивающая сохранение материального и энергетического баланса установки при оптимальном КПД, минимальном загрязнении окружающей среды, минимальных потребностях топливно-энергетических ресурсов, безопасной работе при любых нагрузках.
Совершенствование приборов и методов измерения позволяет получать более точные результаты измерений, в частности уменьшить погрешность измерения расхода газа, что позволяет потребителю экономить большие финансовые средства. При автоматизации и управлении технологическими объектами широко используют микропроцессорные средства контроля и управления.
1. Описание технологического процесса котельной на комплексном пункте сбора
1.1 Общие понятия о котельной
Устройства, служащие для получения водяного пара заданных параметров, называют котельными установками.
По назначению котельные установки делятся на энергетические, производственные и отопительно-производственные. В энергетических котельных установках вырабатывается пар для привода турбин. В производственных пар вырабатывается для разных технологических нужд, а в отопительно-производственных для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения производственных и жилых зданий. Котельные установки состоят из котлоагрегата и вспомогательного оборудования. В свою очередь котлоагрегат состоит из котла, топочного устройства, водяного экономайзера, пароперегревателя, воздухоподогревателя, арматуры, гарнитуры, каркаса и обмуровки. Рабочим телом котлоагрегата является вода.
Вспомогательное оборудование котельной установки, куда относятся питательные насосы, тягодутьевые установки, паропроводы и др. оборудование, предназначено для подачи воды, топлива и воздуха в котлоагрегат, а также для удаления золы, дымовых газов, и шлака. Кроме того, к вспомогательному оборудованию относятся приборы, аппараты, устройства для контроля и автоматического регулирования режима работы котлоагрегата.
В зависимости от производительности котлоагрегаты делятся на котлы малой мощности, которые могут вырабатывать пар до 5.5 кг/с (19.8 т/ч); котлы средней мощности, вырабатывающие пар до 30 кг/с (108 т/ч), и котлы большой мощности производительностью до 1000 кг/с (3600 т/ч).
Паровые котлы ДЕ предназначены для выработки перегретого пара или насыщенного, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Непосредственно в котельной стоят котлы типа ДЕ 6,5-14-ГМ.
Котлоагрегаты данного типа работают на газо-мазутном топливе.
1.2 Описание технологического процесса
Технологический процесс котельной установки представляет собой совокупность двух процессов:
Подготовка воды;
Получение пара.
Исходная вода с температурой 10-15°С поступает на вход блока насосов БН-1, состоящий из центробежных секционных насосов ЦНС 38-132, которые создают необходимое давление 0,5 МПа воды на выходе. Вода с насосов поступает в теплообменник ТО-1, используемый для подогрева воды дымовыми газами при температуре 150°С. Вода нагревается до температуры 45°С. После подогрева вода подается в фильтр ХВО.
Ионитный натрий-катионитовый фильтр ХВО представляет собой металлический цилиндрический сосуд, заполненный практически нерастворимым в воде материалом (катионитом), способным вступать в ионный обмен с растворенными в воде солями. Через распределительное устройство, расположенное в верхней части фильтра, вода фильтруется через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы натрия. При этом катионит поглощает из воды ионы кальция и магния, обуславливающие ее жесткость, а в воду переходит из катионита эквивалентное количество ионов натрия. Когда обменная способность натрий-катионита в процессе фильтрования через него жесткой воды истощается, натрий-катионит подвергается регенерации вытеснением из него ранее поглощенных ионов кальция и магния 6-8%-ным раствором поваренной соли. Для приготовления этого раствора применяется солерастворитель. Таким образом, в фильтре происходит обменная ионная реакция, в результате которой концентрация растворенных в воде катионов жесткости снижается (вода умягчается), что предотвращает образование накипи. Отвод умягченной воды из фильтра осуществляется через дренажное устройство, расположенное в нижней части корпуса.
Пройдя фильтр ХВО, умягченная вода дополнительно подогревается в теплообменнике ТО-2 до температуры 60°С и поступает в деаэратор атмосферного давления ДА-5/4, производительностью 5 т/ч. Деаэрацией называется удаление из питательной и подпиточной воды растворенных в ней газов (кислорода О2, двуокиси углерода СО2), вызывающих коррозию питательных трубопроводов, поверхностей нагрева котлов и систем теплоснабжения. Количество воды, поступающей в деаэратор, регулируется клапаном. Питательная вода из деаэратора с давлением 0,12 МПа поступает в блок насосов БН-2, которые подымают давление воды до 1,5 - 2,0 МПа (15...20 кгс/см2), чтобы преодолеть давление пара в барабане котла. Этот блок состоит из трех центробежных насосов (два рабочих, один резервный), управляемых электродвигателями. Насосы имеют три основные характеристики: подача (количество воды, перекачиваемой в единицу времени, м3/ч); напор (максимальное давление, создаваемое насосом, м вод. ст.) и допустимая температура воды на входе воды в насос. Для питания парового котла с давлением пара 1,4 МПа (14кгс/см2) используется насос типа ЦНСГ-38-176. Это центробежный насос секционный для горячей воды с подачей 38 м3/ч, создающий напор 176 м вод. ст. и имеющий допустимую температуру воды на всасе 105 °С. Блок насосов БН-2 обеспечивает подачу воды в паровой котел.
Получение пара из воды слагается из трех процессов:
Подогрева воды до температуры кипения;
Кипение воды, когда жидкая фаза переходит в насыщенный пар;
Перегрев пара до заданной температуры (при наличии пароперегревателя).
Тепло, необходимое для получения пара, выделяется при сгорании топлива в топочной камере. Передача тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева происходит в результате всех видов теплообмена: радиационного, конвективного и теплопроводности.
Подогрев воды происходит в экономайзере, парообразование в экранах, перегрев пара - в пароперегревателях.
Каждый из этих конструктивных элементов котлоагрегата участвует в превращении теплоты сгорания топлива в тепловую энергию водяного пара. Теплообмен во всех этих элементах происходит при высоких температурах стенок поверхностей нагрева, находящихся одновременно и под воздействием давления воды или пара. Отсюда и особые требования к поддержанию температуры металла стенок труб в пределах допустимых величин по условиям прочности. Это достигается путем создания устойчивого движения воды и пара внутри трубной системы котлоагрегата за счет разности удельных весов данных компонентов.
Процесс получения пара протекает в следующем порядке. Центробежными насосами питательная вода непрерывно подается в барабан котла. Ее давление выше давления вырабатываемого пара. Прежде чем попасть в барабан котла, питательная вода проходит через экономайзер, подогреваясь до температуры 140°С. Барабан котла служит распределителем котловой воды и сборником образующего пара. С помощью опускных труб вода из барабана поступает в нижние коллекторы (сборники или распределители), к которым присоединяются трубы экранов, вертикально установленные по внутренним стенкам топочной камеры. Другим концом экранные трубы присоединяются к барабану котла. Как говорилось, экранные трубы представляет поверхность нагрева котла и предназначены для получения пара, кроме того, они защищают стенки топочной камеры от температуры. В результате радиационного (лучевого) нагрева экранных труб находящаяся в них вода закипает, образовавшиеся пузырьки пара стремятся вверх, увлекая за собой еще не вскипевшую воду. По направлению к барабану котла в трубах экрана образуется поток пароводяной смеси. Так как гидростатическое давление пароводяной смеси (эмульсии) в экранных трубах меньше, чем вес столба воды в опускных трубах, то в замкнутой гидравлической системе (барабан котла - опускные трубы - нижние коллекторы - экранные трубы - барабан котла) образуется устойчивое движение (естественная циркуляция).
Дымовые газы (продукты сгорания) из топки отсасываются дымососом и выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Для обеспечения нормального режима горения топлива в топку вентилятором подается воздух.
Таким образом, в топку котла подаются топливо и воздух, а отсасываются дымовые газы; в барабан котла подается питательная вода, а отбирается водяной пар. Образовавшийся пар расходуется на собственные нужды (подогрев воды в деаэраторе). Другая часть пара поступает на нужды производства, оставшаяся часть поступает к пароводяным теплообменникам для подогрева воды системы отопления .
1.3 Состав и описание объекта автоматизации
1.3.1 Котел паровой газо-мазутный
Газомазутные паровые вертикальные водотрубные котлы типа ДЕ предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды, отопление и горячее водоснабжение. Котлы этого типа выпускаются на номинальную паропроизводительность 4; 6,5; 10; 16 и 25 т/ч при рабочем давлении 1,4 и 2,4 МПа (14 и 24 кгс/см2).
Конструктивной особенностью таких котлов является размещение топочной камеры сбоку конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. При этом в максимальной степени использована унификация деталей и сборочных единиц, применяемых в котлах типов ДКВР и ДЕ.
Техническая характеристика котлов ДЕ-6,5-14ГМ представлена в таблице 1.1 .
Таблица 1.1 - Техническая характеристика котла
Наименование параметра |
измерения |
Величина |
||
Паропроизводительность |
||||
Рабочее избыточное давление |
||||
Температура насыщенного пара |
||||
Температура перегретого пара |
||||
Поверхность радиационная нагрева |
||||
Поверхность конвективная нагрева |
||||
КПД при сжигании: |
||||
Температура питательной воды, не ниже |
||||
Температура дымовых газов за экономайзером: На мазуте |
||||
Габариты котла: |
1.3.2 Деаэратор (ДА-5/4)
Деаэраторы атмосферного давления типа ДА производительностью 5,15,25,25,50 и 100 т/ч применяются для дегазации питательной и подпиточной воды в котельных с паровыми котлами.
На данной котельной установке используется деаэратор типа ДА-5/4. Деаэратор состоит из деаэраторного бака, деаэрационной колонки и гидрозатвора. Деаэраторный бак представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами и патрубками входа и выхода рабочей среды, трубопроводов для подключения и арматуры. На баке размещена деаэрационная колонка КДА-15, которая представляет собой цилиндрическую обечайку с эллиптическим днищем, патрубками для подвода и отвода рабочей среды. Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэратора предусмотрено предохранительное устройство - гидрозатвор, защищающий его от опасного превышения давления и уровня воды в баке.
В деаэраторе применена двухступенчатая схема дегазации: первая - струйная, вторая - барботажная. В деаэраторе ДА-5/4 первая ступень дегазации находится в деаэрационной колонке, вторая - в деаэраторном баке.
Основные технологические параметры деаэратора представлены в таблице 1.2 .
Таблица 1.2 - Основные технологические параметры деаэратора
Наименование параметра |
измерения |
Величина |
||
Номинальная производительность |
||||
Рабочее давление |
||||
Температура деаэрированной воды |
||||
Средний подогрев воды в деаэраторе |
||||
Полезная емкость деаэраторного бака |
||||
Габариты деаэратора: |
1.3.3 Экономайзер (ЭБ1-330И)
Экономайзеры чугунные блочные предназначены для нагревания питательной воды в паровых и водогрейных стационарных котлах с рабочим давлением до 2,4 МПа.
Применение чугуна в поверхностях нагрева и соединительных деталях значительно увеличивает срок службы по сравнению со стальными экономайзерами. Использование паровой (П) или газоимульсионной (И) очистки позволяет постоянно иметь чистые поверхности нагрева, а значит экономить топливо при минимальном обслуживании и полном исключении ручного труда.
Основные технологические параметры экономайзера представлены в таблице 1.3 .
Таблица 1.3 - Основные технологические параметры экономайзера
Наименование параметра |
измерения |
Величина |
||
Площадь поверхности нагрева |
||||
Количество колонок |
||||
Длина труб |
||||
Гидравлическое сопротивление |
||||
Температура воды на входе (минимальная) |
||||
Температура воды на выходе (минимальная) |
||||
Аэродинамическое сопротивление |
||||
Габаритные размеры: |
||||
Количество труб |
1.3.4 Дутьевой вентилятор (ВДН-9-1500)
Центробежные дутьевые вентиляторы одностороннего всасывания типа ВДН предназначены для подачи воздуха в топки паровых котлов.
Максимально допустимая температура перемещаемой среды на входе в вентиляторы +200°С, температуре окружающего воздуха не ниже -30°С и не выше +40°С. Вентиляторы рассчитаны на продолжительный режим работы в помещении и на открытом воздухе (вне помещения под навесом) в условиях умеренного климата. Такими вентиляторами комплектуются котлы с уравновешенной тягой паропроизводительностью 1..25 т/ч.
Техническая характеристика дутьевого вентилятора ВДН-9-1500 представлена в таблице 1.4 .
Таблица 1.4 - Техническая характеристика дутьевого вентилятора
1.3.5 Вытяжной вентилятор (ВДН-11,2-1500)
В качестве дымососов на газомазутных котлах применяются вентиляторы типа ВДН-11,2-1500. Они предназначены для отсасывания дымовых газов из топок котельных агрегатов, рассчитаны на продолжительный режим работы в помещении и на открытом воздухе в условиях умеренного климата.
Запуск разрешается при температуре в улитке не ниже -30°С. Максимальная температура газов на входе в дымососы не должна превышать +200°С.
Техническая характеристика вытяжного вентилятора ВДН-11,2-1500 представлена в таблице 1.5 .
Таблица 1.5 - Техническая характеристика вытяжного вентилятора
1.4 Функции системы управления
1.4.1 Основные функции при управлении котлом ДЕ-6,5/14-ГМ
АСУТП котлов предназначена для выполнения всех функций управления котлом, как в автономном режиме, так и в составе АСУТП котельной.
Основные функции системы:
Пуск, штатный и аварийный останов котла;
Автоматическое регулирование технологических параметров и поддержание заданной мощности котла;
Логическое управление технологическим оборудованием в соответствии с запрограммированными алгоритмами;
Реализация защит и блокировок в соответствии с нормативными документами на водогрейные и паровые котлы;
Передача значений контролируемых параметров на АРМ оператора;
Прием и исполнение команд дистанционного управления от АРМ оператора и местного пульта управления;
Диагностика состояния технических средств системы.
1.4.2 Функции отображения, регистрации и сигнализации
а) визуализация:
измерение и отображение в цифровой форме технологических параметров (в виде отдельных величин или в виде группы взаимосвязанных величин) по требованию оператора;
вывод основных технологических параметров и состояний оборудования на мнемосхемы;
обнаружение и оперативное отображение отклонений технологических параметров и показателей состояний оборудования за установленный промежуток времени;
реализация диалога с оператором.
б) регистрация:
1) обнаружение, регистрация, сигнализация отклонений технологических параметров и показателей состояний оборудования за установленные пределы;
2) формирование графиков изменения основных технологических параметров;
3) обнаружение и регистрация аварий.
в) автоматическое управление:
1) на основе полученных данных о технологическом процессе, осуществляется управление исполнительными механизмами по определенному алгоритму;
2) регулирование заданных технологических параметров.
г) формирование и печать отчетно-учетных документов по запросу оператора.
2. Автоматизация технологического процесса
2.1 Структура АСУ ТП
Нижний уровень включает в себя датчики давления, исполнительные механизмы, термометры сопротивления, блоки питания, а также средства дистанционного управления исполнительными механизмами с клапанами и задвижками, позволяющие оператору при необходимости вести технологический процесс в ручном (аварийном) режиме работы.
Средний уровень системы управления разработан на базе технологического микропроцессорного управляющего контроллера SLC-5/04 фирмы "ALLEN-BRADLEY" и выполняет следующие основные функции:
Cбор и обработку аналоговых измерений;
Cбор и обработку цифровых сигналов аварий, предупредительной сигнализации и состояний технологического оборудования;
Контроль выхода за уставки технологических параметров и формирование соответствующих аварийных или предупредительных сигналов;
Выдача управляющих воздействий на различные механизмы;
Обмен информацией со вторым уровнем управления;
Автоматическое регулирование.
Верхний уровень системы управления реализован на базе ПЭВМ промышленного исполнения и выполняет следующие функции:
Выполняет обработку полученной информации, формирует базы данных замеров, ведет предысторию событий и аварий;
Обеспечивает непрерывный круглосуточный обмен информацией с контроллером;
Формирует и архивирует массивы информации по заданным параметрам;
Отображает полученную информацию в виде таблиц или на мнемосхемах с возможностью показа, как полного перечня параметров, так и параметров по конкретной технологической подсистеме;
Отображает графики изменения физических величин в виде кривых; Обеспечивает формирование и печать отчетно-учетных документов.
2.2 Объекты и объемы автоматизации котельной установки
Объёмы автоматизации котельной установки определяются из условия обеспечения её работы без оперативного персонала, с формированием аварийных сигналов оповещения и аварийного останова котла при возникновении аварийной ситуации и пожаре.
На данной котельной установке комплексного сборного пункта предусматривается технологическая и аварийная сигнализации.
Технологическая сигнализация служит для предупреждения обслуживающего персонала об отклонении параметров от нормы. В качестве звукового сигнала - звонок. Звуковой сигнал снимается дежурным персоналом, а световой (световые табло размещены на щитах контроля и управления) горит до устранения нарушения.
Аварийная сигнализация служит для оповещения оператора об аварийном состоянии электродвигателей основного оборудования. В качестве звукового сигнала принимается ревун, а аварийная световая сигнализация осуществляется красной лампочкой, расположенной над ключом управления электроприводом.
Защита котлоагрегата при возникновении аварийных режимов является одной из основных задач автоматизации котельных установок. Аварийные режимы возникают чаще всего в результате неправильных действий постоянного обслуживающего персонала, преимущественно при пуске котлоагрегата. Схема защиты обеспечивает реализацию заданной последовательности операций при растопке котла и автоматическое прекращение подачи топлива при возникновении аварийных режимов.
Растопка котла осуществляется следующим образом:
а) растопка котельной установки выполняется двумя рабочими с регистрацией в "Журнале газоопасных работ, выполняемых без наряда-допуска";
б) пуск в работу котельной установки без включения приборов защиты и контроля запрещается;
в) растопка котла производится при слабом огне, уменьшенной тяге
г) (-0,1-(-0,15) МПа), закрытой паровой задвижке и открытом вентиле. Нагрузка должна составлять 10 - 15% номинальной производительности котла. Запорную арматуру на газопроводе перед горелкой разрешается открывать только после включения запального устройства или поднесении к ней горящего запальника;
д) при растопке котла необходимо обеспечить равномерный прогрев его частей и заранее включить устройство для подогрева воды в нижнем барабане через вентиль;
е) перед розжигом газовых горелок необходимо произвести в течении 10-15 минут вентиляцию топки котла, путем включения дымососа и вентилятора котла. Аппараты дымососа и вентилятора должны быть в открытом положении. После вентиляции необходимо убедиться в отсутствии в топке взрывоопасной газо-воздушной смеси, путем отбора проб газоанализатором с обязательной регистрацией результатов анализа проб и номера газоанализатора в "Журнале газоопасных работ выполняемых без наряда-допуска". После чего можно приступать к розжигу газовой горелки;
ж) если при розжиге горелки или в процессе регулирования произошел проскок или погасание пламени, подача газа на горелку и запальное устройство должна быть немедленно прекращена. К повторному розжигу разрешается приступать после вентиляции газоходов в течение 10-15 мин, а также устранения причин неполадок;
з) когда из открытого воздушника котла пойдет пар, необходимо закрыть воздушник и дренаж;
и) при давлении пара 0,05-0,1 МПа производится продувка водоуказательных приборов и сильфонной трубки манометра, а также проверка продувочных линий на ощупь (линия должна быть холодной). При продувке водоуказательных стекол:
1) открыть продувочный кран за счет этого продувается стекло;
2) закрыть водяной кран - продувается паровая труба и стекло;
3) открыть водяной кран, закрыть паровой кран и открыть продувочный кран - продувается водяная труба;
4) открыть паровой кран и закрыть продувочный - проверяется уровень воды в стекле.
После продувки уровень в стекле должен быстро повышаться и затем колебаться слегка. Если уровень в стекле повышается медленно, то следует снова продуть водяной кран;
к) при растопке котла необходимо следить за расширением элементов котла.
Перед включением котла в работу должны быть проверены:
1) исправность действия предохранительных клапанов путем их принудительного открытия (они должны быть отрегулированы на начало открытия; контрольный на 1,32 МПа, рабочий на 1,33 МПа) водоуказательных приборов, манометра продувки, питательных устройств, кратковременным включением;
2) проверка и включение автоматики безопасности, сигнализаторов и аппаратуры автоматического управления котлом;
3) проверка показания сниженных указательных уровней воды по указателям уровня воды прямого действия;
4) запрещается включение котла в работу при неисправной арматуре, приборов КИПиА, автоматике безопасности, систем блокировки и сигнализации;
5) включение котла в паропровод осуществляется медленным открытием задвижки после тщательного прогрева и продувки паропровода через дренаж;
6) перед включением котла в общий паропровод необходимо произвести его периодическую продувку. Периодическая продувка котла производится последовательно с передней части нижнего барабана, задней части нижнего барабана и бокового коллектора. При периодической продувке сначала открываются ближний, а затем дальний вентиль от котла, прекращение продувки происходит в обратном порядке;
7) при включении котла в работающий общий паропровод давление в нем должно быть равно или несколько ниже (0,05 МПа) давления в паропроводе. Если при включении в паропроводе будут возникать толчки и гидроудары, то включение следует приостановить и увеличить дренирование;
8) при растопке котла необходимо следить за расширением элементов котла;
9) время начала растопки, и ее окончание, должны быть записаны в сменном журнале.
Схема защиты позволяет решать задачи:
Контроль за правильным выполнением предпусковых операций;
Включение тягодутьевых устройств, заполнение котла водой и т.д.;
Контроль за нормальным состоянием параметров;
Дистанционный розжиг запальника со щита управления;
Автоматическое прекращение подачи газа к запальникам после кратковременной совместной работы запальника и основной горелки, если факелы запальника и горелки имеют общий прибор контроля.
Паровые котлы независимо от давления и паропроизводительности при сжигании газообразного и жидкого топлива должны быть оборудованы устройствами прекращающими подачу топлива к горелкам в случае:
Понижения или повышения давления газообразного топлива перед горелками;
Понижения давления жидкого топлива перед горелками;
Понижения или повышения уровня воды в барабане;
Уменьшения разряжения в топке;
Повышения давления пара (только при работе котельных без постоянного обслуживающего персонала);
Понижения давления воздуха перед горелками (для котлов, оборудованных горелками с принудительной подачей воздуха);
Погасания факела горелок, отключение которых при работе котла не допускается;
Неисправности цепей защиты, включая исчезновение напряжения.
Система автоматического регулирования котла включает в себя четыре регулятора и делится на две части:
Регулятор уровня воды в барабане котла;
Регуляторы процесса горения.
Процессом горения управляют три регулятора: соотношения "топливо-воздух" и разрежения в топке, давления пара.
Регулирование процесса горения -- это процесс связанного регулирования, т. к. изменение нагрузки котла влечет изменение расхода топлива, воздуха и отсасываемых продуктов сгорания. Данная система регулирования должна реагировать на внутренние и внешние возмущения. К внутренним относятся возмущения, связанные с изменением подачи топлива, износом регулирующих органов, а к внешним относятся возмущения, связанные с расходом пара с котла и другие.
В отопительных и отопительно-производственных котельных, работающих на газе, находят применение комплексные системы автоматики, каждая из которых в зависимости от назначения и мощности котельной, давления газа, вида и параметров теплоносителя имеет свою специфику и область применения.
Основные требования к автоматизации отопительных котельных предусматривают обеспечение безопасной их эксплуатации и рациональное регулирование расхода топлива.
Показатели совершенства применяемых систем автоматизации является их самоконтроль, т.е. подача сигнала об аварийном выключении котельной или одного из котлов и автоматическая фиксация причины, вызвавшей аварийное отключение.
Некоторые из серийно выпускаемых систем автоматики позволяют осуществлять полуавтоматический пуск и останов котлоагрегатов, работающих на газовом и жидком топливе. Одна из особенностей систем автоматизации газифицированных котельных является полный контроль за безопасностью работы оборудования и агрегатов. Система специальных защитных блокировок должна обеспечить отключение подачи топлива при:
Нарушении нормальной последовательности пусковых операций;
Отключении дутьевых вентиляторов;
Нарушении тяги в топке котла;
Понижении (повышении) давления газа ниже (выше) допустимого придела;
Погасании факела;
Понижении уровня воды в котле;
и в других случаях отклонения параметров работы котлоагрегатов от нормы.
Поэтому современные системы автоматизации состоят из оборудования и приборов, обеспечивающих комплексное регулирования режима и безопасность их работы. Для диспетчеризации котельных необходима высокая степень надежности работы исполнительных органов и датчиков систем автоматики. В ряде случаев ограничиваются применением в котельных автоматики "минимум" предназначенной для контроля лишь основных параметров (частичная автоматизация).
К выпускаемым и вновь разрабатываемым системам автоматизации отопительных котельных предъявляется ряд технологических требований:
Блочность, т. е возможность лёгкой замены вышедшего из строя блока;
Агрегатность, т. е. возможность набора любой схемы из ограниченного числа унифицированных элементов.
Наличие устройств, позволяющих осуществлять телеуправление автоматизированными установками по минимальному количеству каналов связи минимальная инерционность и быстрейшее возвращение к норме при любом возможном разбалансе системы.
Полная автоматизация работы вспомогательного оборудования:
регулирование давления в обратном коллекторе (подпитка теплосети), давления в головке-деаэратора, уровня воды в баке-аккумуляторе деаэратора и др.
2.2.1 Контур регулирования давления пара в барабане котла
Назначение - удерживать постоянной заданную величину давления пара в пределах точности регулирования путем изменения подачи топлива при колебаниях расхода пара с котла от 20 до 120% его мощности.
Нижний предел (20%) определяется началом диапазона регулирования горелок, которыми регулируются котлы ДЕ. Верхний предел (120%) определяется тем, что кратковременно разрешается перегрузка котла.
Импульс по давлению пара для регулятора поступает из барабана котла. В данной ситуации регулятор стремится поддерживать постоянным давление пара в барабане; он также участвует и в регулировании общей нагрузки котельной.
2.2.2 Контур регулирования соотношения "газ-воздух"
Назначение - поддерживать заданное соотношение между количеством топлива и воздуха во всем диапазоне изменения подачи топлива, которое определяется по графику. Необходимые данные получают при теплотехнической наладке котла.
Для полного сжигания топлива используются несколько технологических зависимостей между топливом и воздухом. Исходя из этого, строятся и схемы автоматического регулирования: "давление топлива - давление воздуха"; "расход пара -- расход (давление) воздуха"; "положение РО топлива -- расход (давление) воздуха" и "количество кислорода 02 в уходящих газах -- количество воздуха".
Оптимальное количество воздуха будет выдерживаться, когда измеряется не только расход топлива, но и его качественные показатели: состав, температура, влажность и т.д. Наиболее точно это учитывается САР подачи воздуха, удерживающей избыток (1,0-1,5%) кислорода 02 в уходящих газах. Однако из-за сложности измерения кислорода наиболее часто применяется схема регулирования соотношения "топливо -- воздух".
Измерение количества топлива заключается в измерении давления непосредственно на газовой горелке при постоянном сечении их выходных отверстий. Такой метод измерения предусматривает и режимная карта котла.
Количество воздуха, подаваемого в топку, обычно измеряется по давлению воздуха в воздуховоде перед котлом. Если на воздуховоде к котлам нет ручных заслонок, т. к. горелка одна, то можно измерять количество воздуха по величине давления в общем воздуховоде к котлам. В противном случае если прикрыть ручные заслонки на горелках, то давление воздуха в общем воздухопроводе возрастет, что как бы свидетельствует об увеличении количества воздуха от первоначального положения ручных заслонок и регулятор будет прикрывать направляющий аппарат вентилятора, хотя на горелки идет меньше воздуха и нужно наоборот увеличивать подачу воздуха.
2.2.3 Контур регулирования разрежения
Назначение - полное удаление продуктов сгорания независимо от величины нагрузки котла. Этого можно достичь при соответствии производительности дымососа в каждый момент производительности вентилятора и количеству топлива. Показателем такого соответствия является разрежение в топочной камере котла.
Избыточное давление в топке приводит к выбиванию газов и пламени из топки в помещение котельной. С увеличением же разрежения в топке резко возрастают присосы воздуха, снижающие экономичность работы котла за счет потерь с уходящими газами и увеличение расхода электроэнергии на тягу.
На регулятор разрежения возлагается задача поддержания постоянного с высокой точностью. Конкретная величина разрежения зависит от конструкции топки и места отбора импульса. Дело в том, что в различных по высоте зонах топки разрежение неодинаково. Для топок котлов типа ДЕ место отбора разрежения располагается с фронта котла в верхней части топки над горелкой.
Основное требование к регулятору - максимально возможное быстродействие, так как топка как объект регулирования разрежения практически безинерционна.
При увеличении количества воздуха, подаваемого в топку, разрежение в топке уменьшится, одновременно снижается поступление воздуха через неплотности обмуровки. Это говорит о значительном самовыравнивании топки как объекта регулирования разрежения.
Из сказанного следует, что регулятор не должен иметь остаточной неравномерности и может быть простым по закону регулирования. Как правило, для котлов типа ДЕ ставят интегральный одноимпульсный регулятор разрежения.
2.2.4 Контур регулирования уровня в барабане котла
Назначение - поддерживать уровень воды в барабане постоянным с точностью 5 мм при изменении расхода пара с котла от 10 до 120%.
Уровень воды в барабане является одним из основных регулируемых параметров паровых котлов. В равновесном состоянии участок питания котла характеризуется равенством между количеством поступающей воды и расходом пара с котла. Если это условие выдерживается, то уровень воды будет неизменным. Отклонение уровня происходит по следующим причинам: изменение подачи воды, расхода пара, теплонапряжения топки и давления пара в барабане. Отклонения уровня от среднего положения при его регулировании не должны превышать 20 - 30 мм, так как в случае отказа регулятора достаточно 3 - 4 мин до упуска воды из барабана или его перепитки. Упуск воды приводит к разрыву экранных труб и выходу котла из строя; перепитка барабана котла приводит к повышению давления пара, к забросу воды в паропровод, гидравлическим ударам и возможным разрывам паропроводов.
В то же время барабанный котел обладает рядом свойств, затрудняющих поддержание уровня в переходных режимах. При нанесении возмущения процесс изменения уровня характеризуется запаздыванием, "набуханием" и отсутствием самовыравнивания. В барабане котла регулируется уровень смеси пара и воды (эмульсии), удельный вес которой меньше удельного веса воды. Поэтому в котлах типа ДЕ, работающих на газе и мазуте, в случае резкого изменения нагрузки происходит изменение уровня в ту же сторону, в чем и заключается явление - "набухания". Иначе говоря, при повышении нагрузки увеличивается количество пара в экранных трубках, поэтому увеличивается и количество воды, вытесненной паром в барабан котла, что приводит к повышению уровня. "Набухание" тем больше, чем сильнее экранирован котел и меньше давление пара.
"Набухание" вредно сказывается на процессе регулирования. Так, при сбросе нагрузки подачу воды следует уменьшить, но уровень при этом понижается, и регулятор воздействует на увеличение подачи воды. К тому же поступление порции воды, имеющей низкую температуру, приводит к дополнительному снижению уровня. Первоначальное изменение уровня в сторону, противоположную знаку возмущения, приводит к запаздыванию регулирования.
Таким образом, задача регулирования уровня из-за отсутствия самовыравнивания, наличия "набухания" и запаздывания значительно усложняется.
Для котлов ДЕ производительностью до 25 т/ч и давлением 1,4 МПа (14 кгс/см2) практически применяется одноимпульсный изодромный регулятор питания водой барабана котла.
Питательная вода из деаэратора с давлением 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) подается на питательный насос, который подымает давление воды до 1,5..2,0 МПа (15..20 кгс/см2), чтобы преодолеть давление пара в барабане котла. Затем вода через регулирующий орган поступаёт в экономайзер где она нагревается до температуры на 20..30°С меньше, чем температура котловой воды. Оттуда питательная вода поступает в барабан котла.
Для предупреждения обслуживающего персонала об отклонении основных технологических параметров от нормы предусматривается технологическая светозвуковая сигнализация. Схема технологической сигнализации котельной разделяется, как правило, на схемы сигнализации котлоагрегатов и вспомогательного оборудования котельной. В котельных с постоянным обслуживающим персоналом должна предусматриваться сигнализация:
Остановка котла (при срабатывании защиты);
Причины срабатывания защиты;
Понижения температуры и давления жидкого топлива в общем трубопроводе к котлам;
Понижения или повышения давления воды в обратном трубопроводе тепловой сети;
Понижения давления воды в питательной магистрали;
Повышения или понижения уровня в баках (деаэраторных, аккумуляторных систем горячего водоснабжения, конденсатных, питательной воды, хранения жидкого топлива и др.), а также понижения уровня в баках промывочной воды;
Повышения температуры в баках хранения жидких присадок;
Неисправность оборудования установок для снабжения котельных жидким топливом (при их эксплуатации без постоянного обслуживающего персонала);
Повышения температуры подшипников электродвигателей при требовании завода-изготовителя;
Понижения величины рН в обрабатываемой воде (в схемах водоподготовки с подкислением);
Повышения давления (ухудшения вакуума) в деаэраторе;
Повышения или понижения давления газа.
Схема автоматизации котельной представлена в приложении А.
2.3 Выбор и обоснование технических средств автоматизации
Основным критерием при выборе современного датчика является его интеллектуальность. Под этим термином понимается не просто наличие в датчике микропроцессора, а программируемая многофункциональность датчика, модульность его построения, наличие в нем интерфейсов к типовым цифровым полевым сетям.
В функции современного интеллектуального датчика обычно входят:
Хранение архива измеренных значений;
Первичная обработка измеренных значений, контроль их выхода за заданные границы;
Преобразование измерений в заданные технические единицы с коррекцией по влияющим на точность измерения факторам;
Самодиагностика и тестирование с выдачей сообщений оператору о наименовании обнаруженной неисправности датчика;
Дистанционная, с пульта оператора настройка шкалы датчика, установка его нуля и градуировка.
Для измерения температуры воды используем датчик ТСПУ Метран-276.
Термопреобразователь ТСПУ Метран-276 предназначен для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионно-стойким.
Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей .
Технические характеристики и параметры датчика ТСПУ Метран-276 приведены в таблице Г.1 в приложении Г.
Для измерения температуры дымовых газов используем датчик ТСП Метран-206.
Термопреобразователь ТСП Метран-206 предназначен для измерения температуры жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, не разрушающих материал защитной арматуры .
Технические характеристики и параметры датчика ТСП Метран-206.приведены в таблице Г.2 в приложении Г.
Для измерения температуры подшипников насосов используем преобразователь ТСП Метран-246 .
Технические характеристики и параметры датчика Метран-246 приведены в таблице Г.3 в приложении Г.
Для измерения температуры подшипников вентиляторов выберем преобразователь ТСМ Метран-243.
Назначение: для измерения температуры малогабаритных подшипников и поверхности твердых тел .
Технические характеристики и параметры датчика ТСМ Метран-243 приведены в таблице Г.4 в приложении Г.
Для контролирования кавитации потока воды после насосов используем датчик ДМ - 2005 - Сг - 1Ех.
Манометры, показывающие сигнализирующие ДМ - 2005 - Сг - 1Ех предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления различных сред и управлений внешними электрическими цепями от сигнализирующего устройства прямого действия.
Приборы являются взрывозащищёнными с видом взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" .
Технические характеристики и параметры датчика ДМ - 2005 - Сг - 1Ех приведены в таблице Г.5 в приложении Г.
Для измерения давления газа используем Метран-100-ДИ.
Метран-100-ДИ-предназначен для преобразования избыточного давления в стандартный токовый сигнал дистанционной передачи в системах автоматического контроля, регулирования и управления.
В датчиках измеряемое избыточное давление воздействует на мембрану и преобразуется в усилие на жестком центре, которое через шток передается на рычаг тезопреобразователя. На измерительной мембране размещены тензорезисторы. Деформация измерительной мембраны вызывает изменение сопротивления тензорезисторов и разбаланс мостовой схемы. Электрический сигнал, образующийся при разбалансе мостовой схемы, подается в электронный преобразователь. Электронный преобразователь преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный токовый выходной сигнал .
Технические характеристики и параметры датчика Метран-100-ДИ приведены в таблице Г.6 в приложении Г.
Метран-100-ДД предназначен для измерения разности давлений, а также для измерения уровня расхода в комплекте с ДКС (диафрагма каменная стандартная).
Мембраны приварены по наружному контуру к основанию и соединены между собой центральным штоком, который связан с концом рычага преобразователя с помощью тяги. Воздействие измеряемой разности давлений вызывает прогиб мембран, изгиб мембраны тензопреобразователя и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронный преобразователь .
Технические характеристики и параметры датчики Метран-100-ДД приведены в таблице Г.7 в приложении Г.
Сигнализатор загазованности СТМ-30 предназначен для непрерывного контроля взрывоопасных концентраций в воздухе помещения и открытых пространств горючих газов, паров и их смесей.
Принцип действия сигнализатора термохимический основанный на изменении теплового эффекта от окисления горючих газов и паров на каталитически активном элементе датчика.
Используется мостовая схема измерения, подается напряжение питания и выходное напряжение .
Технические характеристики и параметры датчика СТМ-30 приведены в таблице Г.8 в приложении Г.
УЗС-207 (АД-102И - акустический датчик) - предназначен для контроля одного или 2-х предельных уровней в различных технологических сосудах или резервуарах.
Принцип работы акустического датчика (АД) основан на определении времени прохождения ультразвукового сигнала через рабочий зазор датчика .
Технические характеристики и параметры приведены датчика УЗС-207 в таблице Г.9 в приложении Г.
Для контроля наличия пламени используется датчик фотоэлектрический ФД - 1 ТУ1-586-0019-92. Датчик предназначен для преобразования пульсации световой энергии факела пламени в изменения сопротивления датчика и применяется в схемах защиты и сигнализации при погасании факела в топках котлов.
Технические характеристики и параметры приведены датчика ФД - 1 в таблице Г.10 в приложении Г.
Индукционный расходомер марки ЭРИС-ВТ применяют для определения расхода подтоварной воды (с различных установок ДНС, УПН), речной, озерной воды на водозаборных и водонапорных станциях.
Принцип работы основан на возникновении электродвижущей силы в датчике жидкости, которая пересекает магнитное поле .
Технические характеристики и параметры датчика ЭРИС-ВТ приведены в таблице Г.11 в приложении Г.
Для измерения разрежения в барабане котла используется многопредельный измеритель давления/разрежения АДР-0.25.2.
Измерители давления многопредельные с цифровой и линейной дискретной индикацией величины давления предназначены для: непрерывного измерения значения абсолютного и избыточного давления воздуха, природных и других газов, неагрессивных к материалам контактирующих деталей (кремний, сталь); формирования дискретных выходных сигналов при достижении давлением заданных уровней (уставок).
Технические характеристики и параметры приведены датчика АДР-0.25.2 в таблице Г.12 в приложении Г.
Счетчик вихревой газовый СВГ. М предназначен для оперативного и коммерческого учета природного газа. Счетчик состоит:
Датчик расхода (ДРГ. М);
Датчик избыточного давления;
Датчик температуры.
Принцип работы: тело находящиеся на пути обтекающих его струй изменяет давление потока до тела обтекания и после него, в результате происходит срыв вихрей. Образование вихрей происходит, поочередно получается дорожка Кармана .
Технические характеристики и параметры датчика СВГ. М приведены в таблице Г.13 в приложении Г.
Для измерения объёма пара, а также количества тепловой энергии, переносимой паром, используется счётчик пара вихревой СВП - 2500.
Счётчик пара состоит из датчика расхода газа (пара) вихревого ДРГ.М, датчика расхода конденсата, датчиков температуры, давления с электрическим выходным сигналом 0-5 мА или 4-20 мА, блока контроля теплоты микропроцессорного БКТ.М.
Измеряемая среда - насыщенный или перегретый пар с температурой 100-250 0 С. Датчик расхода преобразует объём проходящего пара при рабочем давлении в последовательность электрических импульсов ценой каждого 1 10 -3 или 0,1 10 -3 м 3 /имп в зависимости от типоразмера.
Датчик расхода может эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50°С.
Технические характеристики и параметры датчика СВП - 2500 приведены в таблице Г.14 в приложении Г.
Механизмы исполнительные электрические однооборотные (МЭО) постоянной скорости предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.
Механизмы состоят из следующих основных узлов: электропривода, редуктора, штуцерного ввода, блока сигнализации положения.
Принцип работы механизмов заключается в преобразовании электрического командного сигнала во вращательное перемещение выходного органа.
Электрическое питание механизмов осуществляется трехфазным током напряжением: 220/380, или 240/415В с частотой 50Гц, или 220/380В с частотой 60Гц.
Электрическое питание выносного блока БП - 10 осуществляется от 220В с частотой 60Гц, допустимое отклонение напряжения питания от -15 до +10%, частоты питания ±2% .
Для питания всех преобразователей используем блок питания, Метра-602.
Блок питания Метран-602 предназначен для преобразования сетевого напряжения 220В в стабилизированное напряжение 24 или 36В и питания датчиков с унифицированным выходным сигналом:
Датчиков давления серии Метран и др.;
Датчиков температуры серии Метран-270, Метран-270МП, Метран-280 и др.
Блок питания Метран-602 состоит из сетевого трансформатора и двух независимых каналов, каждый из которых имеет стабилизатор, схему электронной защиты.
Схема электронной защиты предназначена для защиты блока питания от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке. Блок питания автоматически выходит на рабочий режим после устранения замыкания в нагрузке.
Технические характеристики и параметры датчика Метра-602. приведены в таблице Г.15 в приложении Г.
3. Программируемый логический контроллер в системе автоматизации
3.1 Выбор контроллера
3.1.1 Обзор рынка контроллеров
При выборе контроллера произведем сравнительный анализ нескольких видов программируемых логических контроллеров и на основе данного анализа произведем выбор контроллера наиболее подходящий условиям поставленной задачи. В настоящее время, множество фирм, как зарубежных, так и российских занимается разработками в области создания программируемых логических контроллеров, для их же применения в различных отраслях промышленности. Рассмотрим несколько видов программируемых логических контроллеров:
а) контроллер серии SLC-500 фирмы "Allen-Bradley" (США). Контроллер SLC-500 - широко используются во всем мире.
1) популярное решение для расширяемых приложений автоматизации;
2) экономичные и легкие в использовании процессоры с большими возможностями;
3) исключительная надежность, подтвержденная в сотнях тысяч приложений;
4) расширенная система команд, включающая косвенную адресацию, широкие математические возможности и вычисление выражений.
Основные характеристики SLC-500:
1) контроллеры с фиксированной конфигурацией на 20, 30 или 40 входов-выходов;
2) быстрый обмен сообщениями по сети, связь с другими сетями, а также связь между модулями в шасси;
3) модульная конструкция ввода-вывода, памяти и интерфейсов связи обеспечивает перестройку и расширение контроллера. При конфигурации контроллера определяется необходимое количество входов-выходов, требуемый объём памяти и тип сети связи. В последствии при необходимости расширения возможностей контроллера можно добавить в него входы-выходы, память или интерфейсы связи;
4) аппаратура контроллера разработана для эксплуатации в тяжёлых промышленных условиях, для противостояния вибрациям, повышенной температуре и электромагнитным помехам;
5) компактная конструкция контроллера позволяет устанавливать его в ограниченном пространстве;
6) удалённый доступ к контроллеру возможен посредством соединения с ним по сетям Ethernet, ControlNet, DeviceNet, DH+, DH-485;
7) удалённый доступ к модулям ввода-вывода, расположенным в другом месте может быть осуществлён посредством связи по сетям ControlNet, DeviceNet и Remote I/O.
Подобные документы
Функциональная и структурная схемы автоматизированной системы. Выбор датчика температуры, преобразователя расхода, исполнительного механизма, программируемого логического контроллера. Расчёт конфигурации устройства управления. Тестирование системы.
Разработка системы автоматического регулирования давления рецикла водорода в буферной ёмкости Е-4 установки по производству водорода
Описание установки как объекта автоматизации, варианты совершенствования технологического процесса. Расчет и выбор элементов комплекса технических средств. Расчет системы автоматического управления. Разработка прикладного программного обеспечения.
дипломная работа , добавлен 24.11.2014
Назначение и технологическая схема установки предварительного сброса воды (УПСВ). Функции и структура автоматизированной системы управления УПСВ, разработка ее уровней и выбор оборудования. Расчет надежности и технико-экономической эффективности системы.
дипломная работа , добавлен 29.09.2013
Элементы рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке. Схема конструкции парового котла. Описание схемы автоматизации объекта, монтажа и наладки системы автоматического регулирования. Расчет чувствительности системы управления подачей пара.
дипломная работа , добавлен 03.09.2013
Технологический процесс цеха подготовки и перекачки нефти, структура и функции системы автоматического управления процессом. Назначение и выбор микропроцессорного контроллера. Расчет системы автоматического регулирования уровня нефти в сепараторе.
курсовая работа , добавлен 05.12.2012
Средства автоматики управления котельных и системы водоподготовки. Модернизация системы подпиточных насосов котельной. Принцип действия частотного преобразователя TOSVERT VF-S11 на насосных станциях. Программирование с помощью LOGO! SoftComfort.
курсовая работа , добавлен 19.06.2012
Характеристика котла для производства перегретого пара. Функции регулятора уровня воды в барабане парового котла. Разработка технической структуры системы автоматизированного управления и функциональной схемы регулятора. Организация безударных переходов.
курсовая работа , добавлен 21.12.2011
Характеристика объекта управления (барабана котла), устройства и работы системы автоматического регулирования, ее функциональной схемы. Анализ устойчивости системы по критериям Гурвица и Найквиста. Оценка качества управления по переходным функциям.
Для регулирования и оптимизации функционирования котловых агрегатов технические средства стали применяться еще на начальных этапах автоматизации промышленности и производства. Сегодняшний уровень развития этого направления позволяет значительно повысить рентабельность и надежность котельного оборудования, обеспечить безопасность и интеллектуализацию труда обслуживающего персонала.
Задачи и цели
Современные системы автоматизации котельных способны гарантировать безаварийную и эффективную эксплуатацию оборудования без непосредственного вмешательства оператора. Функции человека сводятся к онлайн-мониторингу работоспособности и параметров всего комплекса устройств. Автоматизация котельных решает следующие задачи:
Объект автоматизации
Как объект регулирования является сложной динамической системой со множеством взаимосвязанных входных и выходных параметров. Автоматизация котельных осложняется тем, что в паровых агрегатах очень велики скорости протекания технологических процессов. К основным регулируемым величинам относят:
- расход и давление теплоносителя (воды или пара);
- разряжение в топке;
- уровень в питательном резервуаре;
- в последние годы повышенные экологические требования предъявляются к качеству приготавливаемой топливной смеси и, как следствие, к температуре и составу продуктов дымоудаления.
Уровни автоматизации
Степень автоматизации задается при проектировании котельной или при капитальном ремонте/замене оборудования. Может лежать в диапазоне от ручного регулирования по показаниям контрольно-измерительных приборов до полностью автоматического управления по погодозависимым алгоритмам. Уровень автоматизации в первую очередь определяется назначением, мощностью и функциональными особенностями эксплуатации оборудования.
Современная автоматизация работы котельной подразумевает комплексный подход - подсистемы контроля и регулирования отдельных технологических процессов объединяются в единую сеть с функционально-групповым управлением.
Общая структура
Автоматизация котельных выстраивается по двухуровневой схеме управления. К нижнему (полевому) уровню относятся приборы локальной автоматики на базе программируемых микроконтроллеров, реализующие техническую защиту и блокировку, регулировку и изменение параметров, первичные преобразователи физических величин. Сюда же причисляют и оборудование, предназначенное для преобразования, кодирования и передачи информационных данных.
Верхний уровень может быть представлен в виде графического терминала встроенного в шкаф управления или автоматизированного рабочего места оператора на базе персонального компьютера. Здесь отображается вся информация, поступающая от микроконтроллеров нижнего уровня и датчиков системы, и производится ввод оперативных команд, регулировок и уставок. Кроме диспетчеризации процесса решаются задачи оптимизации режимов, диагностики технического состояния, анализа экономических показателей, архивирования и хранения данных. При необходимости информация передается в общую систему управления предприятием (MRP/ERP) или населенным пунктом.
Современный рынок широко представлен как отдельными приборами и устройствами, так и комплектами автоматики отечественного и импортного производства для паровых и водогрейных котлов. К средствам автоматизации относят:
- оборудование управления розжигом и наличия пламени, запускающее и контролирующее процесс горения топлива в топочной камере котлоагрегата;
- специализированные сенсоры (тягонапоромеры, датчики температуры, давления, газоанализаторы и т. д.);
- (электромагнитные клапаны, реле, сервоприводы, частотные преобразователи);
- панели управления котлами и общекотельным оборудованием (пульты, сенсорные мнемосхемы);
- шкафы коммутации, линии связи и энергообеспечения.
При выборе управления и контроля наиболее пристальное внимание следует уделить автоматике безопасности, исключающей возникновение нештатных и аварийных ситуаций.
Подсистемы и функции
Любая котельной включает в себя подсистемы контроля, регулирования и защиты. Регулирование осуществляется путем поддержания оптимального режима горения заданием разряжения в топке, расхода первичного воздуха и параметров теплоносителя (температуры, давления, расхода). Подсистема контроля выводит фактические данные о функционировании оборудования на человеко-машинный интерфейс. Приборы защиты гарантируют предотвращение аварийных ситуаций при нарушении нормальных условий эксплуатации, подачу светового, звукового сигнала или останов котлоагрегатов с фиксацией причины (на графическом табло, мнемосхеме, щите).
Коммуникационные протоколы
Автоматизация на базе микроконтроллеров сводит к минимуму использование в функциональной схеме релейных коммутаций и контрольных электролиний. Для связи верхнего и нижнего уровней АСУ, передачи информации между датчиками и контроллерами, для трансляции команд на исполнительные устройства используют промышленную сеть с определенным интерфейсом и протоколом передачи данных. Наибольшее распространение получили стандарты Modbus и Profibus. Они совместимы с основной массой оборудования, используемого для автоматизации объектов теплоснабжения. Отличаются высокими показателями достоверности передачи информации, простыми и понятными принципами функционирования.
Энергосберегающие и социальные эффекты автоматизации
Автоматизация котельных полностью исключает возможность аварий с разрушением капитальных строений, гибелью обслуживающего персонала. АСУ способна круглосуточно обеспечить нормальное функционирование оборудования, свести к минимуму влияние человеческого фактора.
В свете непрерывного роста цен на топливные ресурсы не последнее значение имеет и энергосберегающий эффект автоматизации. Экономия природного газа, достигающая до 25 % за отопительный сезон, обеспечивается:
- оптимальным соотношением "газ/воздух" в топливной смеси на всех режимах работы котельной, коррекцией по уровню содержания кислорода в продуктах сгорания;
- возможностью индивидуальной настройки не только котлов, но и ;
- регулированием не только по температуре и давлению теплоносителя на входе и выходе котлов, но и с учетом параметров окружающей среды (погодозависимые технологии).
Кроме того, автоматика позволяет реализовать энергоэффективный алгоритм отопления нежилых помещений или зданий, не используемых в выходные и праздничные дни.
Компания «Центромонтажавтоматика» (г. Смоленск) в кратчайшие сроки построила новую газовую котельную в поселке Катынь Смоленского района и автоматизировала ее с применением оборудования ОВЕН.
Обрушение крыши котельной накануне отопительного сезона с полной утратой оборудования - явление из разряда катастрофических. Последствия такого события несложно представить. Однако специалисты компании «Центромонтажавтоматика» с многолетним опытом строительства и автоматизации котельных не только успешно справились с подобной задачей, но и в самые кратчайшие сроки.
В поселке Катынь Смоленского района в августе 2012 года произош-ла серьезная авария - обрушилась крыша местной котельной, которая отапливала весь жилой фонд поселка, включая детский сад и больницу. В ре-зультате обрушения оборудование ко-тельной было полностью выведено из строя - все системы, котлы, механизмы погребены под завалами.
В экстренном порядке админист-рацией района при участии губерна-тора Смоленской области было приня-то решение о срочном строительстве новой газовой котельной мощностью 4 МВт. Главное - это успеть возвести новую котельную до наступления хо-лодов. Для выполнения заказа была выбрана компания «Центромонтажавтоматика», специалисты которой имеют огромный опыт строительства подобных объектов с нуля.
В кратчайшие сроки была отстрое-на новая котельная и ведена в дейст-вие в октябре того же года. Котельная обеспечивает отопление и горячее во-доснабжение поселка. В своем составе котельная имеет:
- четыре водогрейных котла мощно-стью 1 МВт каждый, оборудованных газовыми горелками;
- два повысительных, восемь котло-вых, четыре рециркуляционных кот-ловых насоса;
- два циркуляционных насоса контура отопления и два - в контуре ГВС.
Для регулирования температуры ГВС и отопления используются два трехходовых регулирующих клапана, а также два клапана подпитки. Тепло-носитель циркулирует по внутреннему (котловому) и внешним контурам ото-пления и ГВС. Создана система автоматизации, которая работает без постоянного при-сутствия обслуживающего персонала.
Автоматизация водогрейного котла
Автоматизированную систему щита ЩАК1.1 образуют средства ОВЕН:Для управления водогрейными котлами были изготовлены и установ-лены четыре щита ЩАК1.1 - по одно-му на каждый котел (рис. 1). Система управления реализована на базе программируемых логических контрол-леров ОВЕН ПЛК100. Остальное обо-рудование (насосы, регулирующие и подпиточные клапаны, клапан-отсе-катель газа) управляется с отдельно-го щита управления общекотельнымоборудованием. Основу управления составляет программируемый логиче-ский контроллер ПЛК110-220.60.Р-М.
- программируемый логический контроллер ПЛК100-224.Р-М;
- модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-224.2А;
- панель оператора ИП320;
- блок питания БП15Б-Д2-24;
- датчики температуры дТС035 (8 шт).
В обычном режиме при запуске котла оператору достаточно нажать кнопку ПУСК. Если система диагно-стирует отсутствие аварий, то вы-полняется поэтапное включение вентиляции топки котла, опрессовка газовых клапанов, розжиг, прогрев и переход в режим поддержания за-данной температуры воды на выходекотла. Рециркуляционный насос обес-печивает поддержку минимально до-пустимой температуры воды на входе котла. В случае нештатной ситуации работа котла блокируется с одновре-менным выведением на экран панели ИП320 очередности аварий. Также па-нель ИП320 используется для задания различных уставок и режимов работы котла.
Щиты автоматизации водогрейных котлов ЩАК1.1 выполняют следующие функции:
- управление газовыми горелками по сигналу датчика температуры (дТС035) на выходе котла;
- управление насосом рециркуляции по сигналу датчика температуры (дТС035) на входе котла;
- прогрев котла при первоначальном пуске;
- блокировка работы котла при ава-рийно высокой температуре воды, низком и высоком давлении воды на выходе, высоком давлении в топке котла, низком и высоком давлении газа в горелке;
- блокировка работы котла при от-сутствии протока воды, пропадании питающего напряжения, при пожаре и загазованности;
- ведение журнала аварий котла;
- фильтрация срабатывания дискрет-ных датчиков;
- задержка срабатывания датчика разрежения в топке для исключения пульсаций при розжиге котла;
- выдача аварийных сигналов котла на общекотельный щит автоматики.
Система управления общекотельным оборудованием
В состав щита общекотельного вхо-дит следующее оборудования ОВЕН:
- модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-224.8А;
- датчики типа дТС035 (3 шт.) - из-мерители температуры прямого и обратного теплоносителя системы отопления и ГВС;
- датчик дТС125 - измеритель темпе-ратуры наружного воздуха.
Щит автоматики является цент-ральным звеном в управлении котель-ной. Система генерирует сигналы на включение котлов, насосов, а также регулирование температуры теплоносителя. Для правильной автономной ра-боты котельной на панели операто-ра ИП320 щита управления обще-котельным оборудованием задается ряд параметров, таких как: роли ос-новных, резервных и блокируемых насосов, количество запускаемых котлов, отопительный график, устав-ки дневных и ночных температур, коэффициенты ПИД-регуляторов, а также различные временные уставки (периоды ротации, задержки сраба-тывания и т.п.).
Все аварийные ситуации фикси-руются на панели оператора в по-рядке их появления и посредством GSM-контроллера передаются в виде голосовых и SMS-сообщений на теле-фоны диспетчеров. Также на щите ав-томатики управления общекотельным оборудованием предусмотрен ручной режим работы.
Щит управления общекотельным оборудованием обеспечивает выпол-нение следующих функций:
- поддержание заданной температу-ры отопительного контура и ГВС по ПИД-закону регулирования;
- вычисление текущей уставки ото-пительного контура по показаниям датчика температуры наружного воздуха в соответствии с отопитель-ным графиком;
- защита системы отопления от пре-вышения температуры обратного теплоносителя;
- автоматическое переключение на ночной/дневной режим работы си-стемы отопления;
- автоматическое управление насоса-ми (основной/резервный) с исполь-зованием функции ротации;
- управление клапанами подпитки;
- запрет запуска котлов при отклю-ченных котловых насосах;
- управление клапаном-отсекателем газа на вводе газа;
- светозвуковая индикация аварий-ных параметров котельной, вклю-чая такие критичные сигналы, как загазованность СН4, СО2, пожар с выдачей соответствующих блоки-ровок;
- диагностика состояния оборудова-ния щита и датчиков температуры;
- запоминание очередности аварий оборудования котельной;
- выдача аварийных сигналов на пульт диспетчера посредством GSM-связи в виде голосовых и SMS- сообщений.
Результат автоматизации
Благодаря слаженным действиям специалистов проектных групп, отде-ла снабжения, монтажных участков, а также имеющийся многолетний опыт работы в строительстве котель-ных позволили уже в октябре 2012 года (начаты работы были в сентя-бре) подать первое тепло в дома жителей поселка Катынь. При этом, несмотря на сжатые сроки, удалось создать полнофункциональную сов-ременную отопительную систему. Приборы ОВЕН позволили без каких- либо проблем реализовать все функ-ции управления котельной.