Автоматизированная система управления паровым котлом

Установленная производителем котла штатная автоматика перестала со временем поддерживать стабильные технические характеристики и впоследствии вышла из строя. Система не подлежала восстановлению, и потребовалась разработка новой стабильно работающей управляющей системы. Новая автоматизированная система управления была создана на базе оборудования ОВЕН.

Основные функции САУ-ТПК:

• контроль параметров технологического процесса;
• мониторинг и визуализация состоя­­ния технологического оборудования;
• управление исполнительными механизмами;
• предупредительная и аварийная световая и звуковая сигнализация;
• реализация блокировок и защит, препятствующих развитию не­штат­ных ситуаций;
• автоматический розжиг горелок, плановая и аварийная остановка;
• автоматическое регулирование разрежения в топке, поддержание соотношения топливо-воздух, уровня воды в барабане, нагрузки котла;
• ведение оперативной и исторической информации в удобной операторам форме, а также ее архивирование и хранение.

Система состоит из трех шкафов управления котлом, приводами дымо­со­са и вентилятора. Функциональная схема управления показана на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема системы

Программно-аппаратный комплекс Kipmatic-Expert

Программно-аппаратный комплекс САУ-ТПК спроектирован по типу трехуровневой структуры. Верхний уровень — рабочее место оператора: ПК с системой MasterSCADA ИнСАТ MSRT на 500 точек.

Средний уровень представлен устройствами ОВЕН:

• программируемый контроллер ПЛК110 [М02];
• модули ввода-вывода МВ110-8АС, МУ110-16К;
• программируемое реле ПР102 с модулем расширения ПРМ-1.

Контроллер ПЛК110 [М02] осуществляет формирование управляющих команд, сбор и обработку данных от первичных преобразователей, передачу их на верхний уровень САУ-ТПК.

Реле ПР102 обеспечивает на полевом уровне связь с частотными приводами дымососа, вентилятора и первичных преобразователей давления, температуры, расхода, а также управление исполнительными механизмами дымососа, вентилятора и клапана питательной воды. Применение ПР102 с модулем расширения ПРМ позволило сократить общую протяженность кабельных проводок и трасс для них.

Нижний уровень представлен первичными преобразователями: давления газа, давления воздуха, разрежения, а также датчиками уровня воды в барабане котла.

Трехуровневый сигнализатор ОВЕН САУ-М6 с кондуктометрическими датчиками ОВЕН ДС.ПВТ обеспечивают контроль аварийных значений уровня воды в барабане котла. Датчики избыточного давления ОВЕН ПД100-ДИ и электроконтактный манометр контролируют давление пара в барабане котла. Для измерения температуры применяются термопреобразователи сопротивления с токовым выходом ОВЕН ДТС035М. Расход газа и пара измеряется преобразователями ОВЕН ПД200-ДД.

Хранение параметров АСУ осуществляется как в ПЛК, так и в памяти рабочей станции оператора.

Функционал системы управления котлом

В состав щита управления котлом входит контроллер ПЛК110 [М02], сенсорная панель управления, модули ввода/вывода, источник бесперебойного питания ИБП. Сенсорная панель позволяет управлять режимами работы котла, следить за технологическими параметрами, а также реализовывать функции управления котлом при неисправности АРМ оператора. На панели управления информация выводится в виде графических изображений и текстовых сообщений.

Щит управления котлом обеспечивает выполнение следующих функций:

• блокировка и защита систем вентиляции, розжига и работы котла;
• проверка герметичности газовых блоков;
• автоматический розжиг горелок;
• вентиляция топки на стадиях розжига и остановки;
• регулирование разрежения, уровня воды в барабане, а также нагрузки;
• оптимальное количество сжигаемого топлива;
• дистанционное управление главной паровой задвижкой, байпасным клапаном на линии питательной воды;
• автоматическое открытие задвижки на линии аварийного слива воды из барабана;
• дистанционный выбор типа регулирования производительности дымососа и вентилятора.

Щит управления контролирует параметры котла:

• уровень воды в барабане;
• расход пара;
• давление пара в барабане, газа и воздуха;
• температуру уходящих газов и воды до и после водяного экономайзера;
• разрежение дымовых газов до и после водяного экономайзера.

Контроллер ПЛК110 [М02] соединен интерфейсом RS-485 с модулями ввода/вывода Мх110 и программируемым реле ПР102. Вторая сеть RS-485 объединяет ПЛК110 [М02] с ПЧ. Это решение позволило разделить сети по скоростям обмена данными. Передача данных на АРМ оператора реализована по сети Ethernet посредством коммутатора.

Рабочее место оператора

Автоматизированное рабочее место оператора представляет собой ПК с установленной системой MasterSCADA ИнСАТ. На экране монитора АРМ отображаются мнемосхемы оборудования котла с основными рабочими параметрами, предупреждающие и аварийные сигналы, сообщения о текущем состоянии технологического процесса, тренды и архивы (рис. 2). Оператору доступна функция генерации отчетов с выводом заданных параметров за установленное время.

Рис. 2. Примеры мнемосхем АРМ

АРМ в круглосуточном режиме обеспечивает:

• управление исполнительными механизмами котла;
• контроль состояния оборудования;
• настройку и оперативное изменение режимов работы;
• ведение журнала событий;
• извлечение информации из архива и представление ее в установленных формах;
• подготовку отчетов;
• обеспечение уровней доступа пользователей к системе управления;
• оповещение о выходе из строя оборудования и предупреждениях.

Результат автоматизации

Внедрение системы управления САУ-ТПК Kipmatic-Expert повысило показатели экономичности сжигания топлива, снизило потребление электроэнергии, улучшило показатели безаварийной работы оборудования и минимизировало ошибки обслуживающего персонала. Система эксплуатируется с 2021 года и показала надежность и удобство САУ-ТПК.