Автоматизация на работата и защита на парно-водни котли

Общи проблеми на автоматизацията на котела

Един от най-належащите проблеми на съвременната цивилизация и в същото време един от най-древните, получил практически решения, е проблемът с автоматизацията. Арбалетите и капаните на древните ловци са примери за автоматични устройства, които стрелят, когато им се наложи.
Всички видове демонстрации в древните египетски храмове се провеждаха без човешко участие, но само когато възникна подходящата ситуация. Масовото въвеждане на автоматизацията в съвременното ежедневие на хората само потвърждава значимостта на този проблем в наше време. Това е особено забележимо в човешките производствени дейности. Непрекъснатият растеж на единичния капацитет на блоковете, увеличаването на тяхната производителност изискват по-бързо и по-правилно вземане на решения.

Броят на тези решения за единица време непрекъснато се увеличава, нараства и отговорността за тяхната правилност. Психофизиологичните възможности на човек вече не му позволяват да се справи с обработката на увеличения поток от информация.

На помощ идват най-новите компютърни технологии и ефективни методи за теория на управлението. Все по-сложни технологични и топлотехнически процеси изискват увеличаване на скоростта на техническите средства за автоматизация. В същото време цената на повредата нараства, а изискванията за надеждност и оцеляване на оборудването нарастват. Напредъкът в областта на инструментите за автоматизация е тясно свързан с промените в елементарната база на компютърните технологии. Сега почти всички устройства са изградени на базата на микропроцесори.

Това позволява обработка на по-сложни алгоритми, увеличаване на точността на измерване на технологичните параметри и зареждане на отделни устройства с функции, които преди това не са били присъщи за тях. И най-важното е да обменяте информация помежду си, като работи като единна система за контрол.

Какво е парен котел?

Паровият котел е устройство за генериране на пара. В този случай устройството може да дава 2 вида пара: наситена и прегрята. Наситената пара има температура от 100 ° C и налягане от 100 kPa. Прегрятата пара се характеризира с висока температура (до 500 ° C) и високо налягане (повече от 26 MPa).

Забележка: Наситената пара се използва за отопление на частни къщи, докато прегрятата пара се използва в промишлеността и енергетиката. Той пренася топлината по-добре, поради което използването на прегрята пара увеличава ефективността на инсталацията.

Къде се използват парни котли:

1. В отоплителната система парата е енергоносител.
2. В енергетиката индустриалните парни машини (парогенератори) се използват за производство на електричество.
3. В промишлеността, прегрятата пара може да се използва за превръщането й в механично движение и преместване на превозни средства.

Инструменти за автоматизация на котелни помещения

Оборудване за автоматизация:

• сензори за параметри на процеса;
• задвижващи механизми, които движат регулаторните органи според командите в правилната посока;
• контролно оборудване, което обработва информация от сензори в съответствие с алгоритмите и програмите, заложени в него, и генерира команди за изпълнителните механизми;
• устройства за избор на режими на управление и за дистанционно управление на изпълнителни механизми;
• средства за показване и представяне на информация на оперативния персонал;
• устройства за документиране и архивиране на технологична информация;
• средства за колективно представяне на информация.

Цялата тази технология е претърпяла революционни промени през втората половина на миналия век, не на последно място благодарение на постиженията на съветската наука. Така например, измервателните уреди, които се използват широко за измерване на налягане, дебит, скорост и ниво на течности и газове, както и за измерване на сила и маса, са променили физическия принцип на чувствителния елемент.

Вместо мембрана, която се огъва под действието на сила и движи пръта на електромеханичен преобразувател, те започнаха да използват деформационния метод. Същността му е, че някои материали променят електрическите си параметри под механично въздействие. Чувствителна измервателна верига улавя тези промени и вграденото в устройството изчислително устройство ги преобразува в стойността на технологичен параметър.

Устройствата са станали по-компактни, по-надеждни, по-точни. И по-технологично напреднали в производството. Съвременните изпълнителни механизми приемат не само командите „включване“ и „изключване“, както беше в продължение на много години. Те могат да получават команди в цифров код, да ги декодират независимо, да изпълняват и да докладват за своите действия и състоянието си. Технологията за управление е преминала от регулатори на лампи и релейни контактни вериги до микропроцесорни регулиращи, логически и демонстрационни контролери.

Тестовете на първия съветски микропроцесорен регулаторен контролер, разработен от NIITeplopribor, бяха проведени през януари 1980 г. в образователната ТЕЦ на Московския енергиен институт. ТЕЦ работи като част от Мосенерго. Според първите срички от трите думи на името, продуктът е наречен "Remikont". Пет години по-късно бяха проведени по-мащабни промишлени тестове на Remikonts в три мощни промишлени съоръжения. И от този момент нататък в новите APCS в цялата страна и в чуждестранни проекти бяха пуснати само микропроцесорни контролери.

В чужбина използването на такива контролери в системи за автоматизация на различни обекти започна малко по-рано. Микропроцесорният контролер е изчислително устройство, проектирано специално за управление на технологичен обект и разположено в непосредствена близост.

Контролерът се състои от следните блокове и устройства:

• Захранване;
• калкулатор;
• входен блок за аналогови сигнали с различни номинали с галванична изолация;
• входно устройство за дискретни сигнали, активни (под формата на напрежение) и пасивни (под формата на сух контакт);
• изходен блок за аналогови сигнали с различни номинали с галванична изолация;
• изходно устройство за дискретни сигнали, активни и пасивни;
• интерфейсно устройство за свързване на контролера към информационното поле на системата.

Комуникационни протоколи

Автоматизацията на котелни централи, базирани на микроконтролери, свежда до минимум използването на релейни комутационни и управляващи електропроводи във функционалната верига. Индустриална мрежа със специфичен интерфейс и протокол за пренос на данни се използва за комуникация на горното и долното ниво на ACS, прехвърляне на информация между сензори и контролери и предаване на команди на изпълнителни устройства. Най-широко използваните стандарти са Modbus и Profibus. Те са съвместими с по-голямата част от оборудването, използвано за автоматизиране на съоръженията за топлоснабдяване. Те се отличават с високи показатели за надеждността на трансфера на информация, прости и разбираеми принципи на работа.

Автоматизирани топлинни станции

През 1992 г. организацията, която управлява московския общински енергиен сектор - MOSTEPLOENERGO - реши да въведе модерен APCS в една от новите си сгради. Избрана е топлофикационната станция RTS "PENYAGINO". Първият етап на станцията е построен като част от четири котли от типа KVGM-100.По това време развитието на Remikonts доведе до появата на софтуерно-хардуерния комплекс PTK KVINT.В допълнение към самите Remikonts, комплексът включваше операторска станция, базирана на персонален компютър с пълен софтуер, софтуерен пакет за компютър- CAD система с подпомаган дизайн.

Функции на APCS на областната топлинна станция:

• напълно автоматично стартиране на котела от студено състояние преди влизане в работен режим чрез щракване върху бутона "СТАРТ" на екрана на монитора;
• поддържане на температурата на изходната вода в съответствие с температурния график;
• контрол на консумацията на фуражна вода, като се вземе предвид гримът;
• технологична защита с прекъсване на горивото;
• контрол на всички параметри на топлотехниката и представянето им пред оператора на екрана на персонален компютър;
• наблюдение на състоянието на агрегатите и механизмите - "ON" или "OFF";
• дистанционно управление на изпълнителни механизми от екрана на монитора и избор на режими на управление - ръчен, дистанционен или автоматичен;
• информиране на оператора за нарушения в работата на контролерите;
• комуникация с диспечера на района чрез цифровия информационен канал.

Техническата част на системата беше подредена в четири шкафа - по един за всеки котел. Всеки шкаф има четири модулни контролера.

Задачите между контролерите се разпределят както следва:

Контролер # 1 извърши всички операции по пускане на котела. В съответствие с алгоритъма за стартиране, предложен от Teploenergoremont:

• контролерът включва димоотвод и вентилира горивната камера и комини;
• включва вентилатора за подаване на въздух;
• включва помпи за водоснабдяване;
• свързва газ за запалване на всяка горелка;
• чрез контрол на пламъка отваря основния газ към горелките.

Контролер # 2 направени в дублирана версия. Ако по време на стартирането на котела повредата на оборудването не е ужасна, тъй като можете да спрете програмата и да стартирате отново, тогава вторият контролер поддържа основния режим за дълго време.

Той носи специална отговорност през студения сезон. По време на автоматична диагностика на ненормална ситуация в котелното се извършва автоматично неравномерно превключване от главния контролер към резервния. Технологичните защити са организирани на същия контролер. Контролер No3 предназначени за по-малко критични функции. Ако не успее, можете да се обадите на сервиз и да изчакате известно време. Моделът на котела е програмиран на същия контролер.

С негова помощ се извършва предварителна проверка на работата на цялата програма за управление. Използва се и за обучение на оперативен персонал. Работата по създаването на главата ACS на московския RTS PENYAGINO, KOSINO-ZHULEBINO, BUTOVO, ZELENOGRAD беше извършена от екип на MOSPROMPROEKT (проектантска работа), TEPLOENERGOREMONT (контролни алгоритми), NIITeplopribor (централна част на микропроцесора) .

Подсистеми и функции

Всяка схема за автоматизация на котелно помещение включва подсистеми за управление, регулиране и защита. Регулирането се извършва чрез поддържане на оптимален режим на горене чрез задаване на вакуума в пещта, дебита на първичния въздух и параметрите на охлаждащата течност (температура, налягане, дебит). Подсистемата за управление извежда действителни данни за работата на оборудването към интерфейса човек-машина. Защитните устройства гарантират предотвратяване на аварийни ситуации в случай на нарушаване на нормалните работни условия, подаване на светлина, звуков сигнал или изключване на котелните блокове с фиксиране на причината (на графичен дисплей, мнемонична диаграма, табло) .

4.1. Основни принципи на автоматизацията на котела

Надеждната, икономична и безопасна експлоатация на котелно помещение с минимален брой обслужващ персонал може да се осъществява само при наличие на термичен контрол, автоматично регулиране и контрол на технологичните процеси, сигнализация и защита на оборудването [8].

Основните решения за автоматизацията на котелните централи се вземат в процеса на разработване на схеми за автоматизация (функционални диаграми).Схемите за автоматизация се разработват след проектиране на топлотехнически схеми и вземане на решение за избора на основното и спомагателното оборудване на котелното помещение, неговата механизация и топлотехнически комуникации. Основното оборудване включва котелна единица, димоотводи и вентилатори, а спомагателното оборудване включва помпено-обезвъздушителна станция, инсталация за химическа пречистване на вода, отоплителна единица, помпена станция за кондензат, газоразпределителна станция, мазут (въглища) склад и доставка на гориво.

Обхватът на автоматизацията е приет в съответствие със SNiP II-35-76 (раздел 15 - "Автоматизация") и изискванията на производителите на термично механично оборудване.

Нивото на автоматизация на котелните сгради зависи от следните основни технически фактори:

- вид котел (пара, гореща вода, комбиниран - пара и вода);

- конструкцията на котела и неговото оборудване (барабан, директен поток, чугунени секции с налягане и др.), вида на тягата и др .; вида на горивото (твърдо, течно, газообразно, комбинирано - газьол, пулверизирано) и вида на устройството за изгаряне на гориво (TSU);

- естеството на топлинните натоварвания (промишлени, отоплителни, индивидуални и др.);

- броят на котлите в котелното.

При съставянето на схема за автоматизация са предвидени основните подсистеми за автоматично управление, технологична защита, дистанционно управление, топлинно инженерно управление, технологично блокиране и сигнализация.

Цели и цели

Съвременните системи за автоматизация на котела са в състояние да гарантират безпроблемна и ефективна работа на оборудването без директна намеса на оператора. Функциите на човека се свеждат до онлайн наблюдение на здравето и параметрите на целия комплекс от устройства. Автоматизацията на котелната централа решава следните задачи:

• Автоматично стартиране и спиране на котли.
• Регулиране на мощността на котела (каскадно управление) според посочените първични настройки.
• Управление на бустер помпата, контрол на нивата на охлаждащата течност в работната и потребителската вериги.
• Аварийно спиране и активиране на сигнални устройства в случай на системни работни стойности извън зададените граници.