Tự động hóa công việc và bảo vệ nồi hơi nước

Các vấn đề chung về tự động hóa lò hơi

Một trong những vấn đề cấp bách nhất của nền văn minh hiện đại, đồng thời là một trong những vấn đề cổ xưa nhất, đã nhận được các giải pháp thiết thực, là vấn đề tự động hóa. Nỏ và bẫy của những người thợ săn cổ đại là những ví dụ về các thiết bị tự động bắn khi họ cần.
Tất cả các loại biểu tình trong các ngôi đền Ai Cập cổ đại được kích hoạt mà không có sự tham gia của con người, mà chỉ khi tình huống thích hợp phát sinh. Sự ra đời ồ ạt của tự động hóa vào cuộc sống hàng ngày hiện đại của con người chỉ khẳng định sự phù hợp của vấn đề này trong thời đại của chúng ta. Điều này đặc biệt dễ nhận thấy trong hoạt động sản xuất của con người. Sự tăng trưởng liên tục của công suất đơn vị của các đơn vị, sự gia tăng năng suất của họ đòi hỏi phải ra quyết định nhanh hơn và đúng đắn hơn.

Số lượng các quyết định này trên một đơn vị thời gian không ngừng tăng lên, trách nhiệm về tính đúng đắn của chúng cũng ngày càng lớn. Khả năng tâm sinh lý của một người không còn cho phép anh ta đối phó với việc xử lý luồng thông tin gia tăng.

Công nghệ máy tính mới nhất và các phương pháp hiệu quả của lý thuyết điều khiển đã giúp giải cứu. Ngày càng có nhiều quy trình công nghệ và kỹ thuật nhiệt phức tạp hơn đòi hỏi sự gia tăng tốc độ của các phương tiện kỹ thuật tự động hóa. Đồng thời, chi phí hỏng hóc ngày càng lớn, và các yêu cầu về độ tin cậy và khả năng tồn tại của thiết bị ngày càng lớn. Tiến bộ trong lĩnh vực công cụ tự động hóa có liên quan chặt chẽ đến những thay đổi trong cơ sở yếu tố của công nghệ máy tính. Bây giờ hầu hết tất cả các thiết bị đều được xây dựng trên nền tảng của bộ vi xử lý.

Điều này cho phép xử lý các thuật toán phức tạp hơn, tăng độ chính xác của việc đo lường các thông số công nghệ và tải các thiết bị riêng lẻ với các chức năng mà trước đây chúng không vốn có. Và, quan trọng nhất, trao đổi thông tin với nhau, hoạt động như một hệ thống kiểm soát thống nhất.

Nồi hơi là gì?

Nồi hơi là bộ phận tạo ra hơi nước. Trong trường hợp này, thiết bị có thể cho 2 loại hơi: bão hòa và quá nhiệt. Hơi nước bão hòa có nhiệt độ 100ºC và áp suất 100 kPa. Hơi quá nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ cao (lên đến 500ºC) và áp suất cao (hơn 26 MPa).

Ghi chú: Hơi nước bão hòa được sử dụng để sưởi ấm nhà riêng, trong khi hơi nước quá nhiệt được sử dụng trong công nghiệp và năng lượng. Nó truyền nhiệt tốt hơn, do đó việc sử dụng hơi quá nhiệt làm tăng hiệu quả của việc lắp đặt.

Nồi hơi được sử dụng ở đâu:

1. Trong hệ thống sưởi, hơi nước là chất mang năng lượng.
2. Trong kỹ thuật điện, động cơ hơi nước công nghiệp (máy phát điện hơi nước) được sử dụng để tạo ra điện.
3. Trong công nghiệp, hơi nước quá nhiệt có thể được sử dụng để biến nó thành chuyển động cơ học và di chuyển các phương tiện giao thông.

Các công cụ tự động hóa cho phòng lò hơi

Thiết bị tự động hóa:

• cảm biến thông số quá trình;
• cơ cấu truyền động chuyển động cơ quan điều hòa bằng lệnh theo đúng hướng;
• thiết bị điều khiển xử lý thông tin từ các cảm biến phù hợp với các thuật toán và chương trình được nhúng trong nó và tạo ra các lệnh cho cơ cấu chấp hành;
• thiết bị để lựa chọn chế độ điều khiển và điều khiển từ xa cơ cấu chấp hành;
• phương tiện hiển thị và trình bày thông tin cho nhân viên vận hành;
• thiết bị tài liệu và lưu trữ thông tin công nghệ;
• phương tiện trình bày thông tin tập thể.

Tất cả công nghệ này đã trải qua những thay đổi mang tính cách mạng trong nửa sau của thế kỷ trước, đặc biệt là nhờ những thành tựu của khoa học Liên Xô. Vì vậy, ví dụ, các dụng cụ đo, được sử dụng rộng rãi để đo áp suất, lưu lượng, vận tốc và mức chất lỏng và khí, cũng như để đo lực và khối lượng, đã thay đổi nguyên tắc vật lý của phần tử nhạy cảm.

Thay vì một màng uốn cong dưới tác dụng của một lực và di chuyển thanh của đầu dò điện cơ, họ bắt đầu sử dụng phương pháp đo biến dạng. Bản chất của nó là một số vật liệu thay đổi các thông số điện của chúng dưới tác động cơ học. Một mạch đo nhạy cảm nắm bắt những thay đổi này và một thiết bị tính toán được tích hợp trong thiết bị sẽ chuyển chúng thành giá trị của một thông số công nghệ.

Các thiết bị đã trở nên nhỏ gọn hơn, đáng tin cậy hơn, chính xác hơn. Và công nghệ tiên tiến hơn trong sản xuất. Các thiết bị truyền động hiện đại không chỉ chấp nhận các lệnh "bật" và "tắt" như trong nhiều năm. Họ có thể nhận lệnh dưới dạng mã kỹ thuật số, giải mã độc lập, thực thi và báo cáo về các hành động cũng như tình trạng của họ. Công nghệ điều khiển đã đi từ bộ điều chỉnh đèn và mạch tiếp điểm rơ le sang bộ điều khiển điều chỉnh, logic và trình diễn dựa trên bộ vi xử lý.

Các thử nghiệm của bộ điều khiển điều chỉnh dựa trên vi xử lý đầu tiên của Liên Xô do NIITeplopribor phát triển được thực hiện vào tháng 1 năm 1980 tại TPP giáo dục của Viện Kỹ thuật Điện Moscow. CHPP hoạt động như một phần của Mosenergo. Theo các âm tiết đầu tiên của ba từ của tên, sản phẩm được đặt tên là "Remikont". Năm năm sau, nhiều cuộc thử nghiệm công nghiệp quy mô lớn hơn đối với Remikonts đã được thực hiện tại ba cơ sở công nghiệp lớn mạnh. Và kể từ thời điểm đó, chỉ có bộ điều khiển vi xử lý mới được đưa vào APCS trong cả nước và trong các dự án nước ngoài.

Ở nước ngoài, việc sử dụng các bộ điều khiển như vậy trong các hệ thống tự động hóa của các đối tượng khác nhau đã bắt đầu sớm hơn một chút. Bộ điều khiển bộ vi xử lý là một thiết bị tính toán được thiết kế đặc biệt để điều khiển một đối tượng công nghệ và nằm ngay gần nó.

Bộ điều khiển bao gồm các khối và thiết bị sau:

• Nguồn cấp;
• máy tính;
• đơn vị đầu vào cho các tín hiệu tương tự của các xếp hạng khác nhau với cách ly điện;
• thiết bị đầu vào cho tín hiệu rời rạc hoạt động (ở dạng điện áp) và thụ động (ở dạng tiếp điểm khô);
• đơn vị đầu ra cho các tín hiệu tương tự của các xếp hạng khác nhau với cách ly điện;
• thiết bị đầu ra cho tín hiệu rời rạc chủ động và thụ động;
• thiết bị giao diện để kết nối bộ điều khiển với trường thông tin hệ thống.

Các giao thức giao tiếp

Tự động hóa các nhà máy lò hơi dựa trên vi điều khiển giảm thiểu việc sử dụng rơ le đóng cắt và điều khiển đường dây điện trong mạch chức năng. Mạng công nghiệp với giao diện cụ thể và giao thức truyền dữ liệu được sử dụng để giao tiếp cấp trên và cấp dưới của ACS, truyền thông tin giữa các cảm biến và bộ điều khiển, đồng thời truyền lệnh đến các thiết bị điều hành. Các tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất là Modbus và Profibus. Chúng tương thích với phần lớn các thiết bị được sử dụng để tự động hóa các cơ sở cung cấp nhiệt. Chúng được phân biệt bởi các chỉ số cao về độ tin cậy của việc truyền tải thông tin, nguyên lý hoạt động đơn giản và dễ hiểu.

Trạm nhiệt tự động

Năm 1992, tổ chức quản lý lĩnh vực năng lượng thành phố Moscow - MOSTEPLOENERGO - đã quyết định giới thiệu một APCS hiện đại tại một trong những tòa nhà mới của mình. Trạm sưởi của quận RTS "PENYAGINO" đã được chọn. Giai đoạn đầu của nhà ga được xây dựng như một bộ phận của 4 nồi hơi kiểu KVGM-100.Vào thời điểm này, sự phát triển của Remikonts dẫn đến sự xuất hiện của tổ hợp phần mềm và phần cứng PTK KVINT. Ngoài bản thân Remikonts, khu phức hợp này còn bao gồm một trạm điều hành dựa trên một máy tính cá nhân với đầy đủ phần mềm, một gói phần mềm cho một máy tính- hỗ trợ thiết kế hệ thống CAD.

Chức năng của APCS của trạm nhiệt cấp huyện:

• hoàn toàn tự động khởi động lò hơi từ trạng thái nguội trước khi vào chế độ vận hành bằng cách nhấp vào nút "BẮT ĐẦU" trên màn hình điều khiển;
• duy trì nhiệt độ nước đầu ra phù hợp với biểu nhiệt độ;
• kiểm soát tiêu thụ nước cấp có tính đến việc bù đắp;
• bảo vệ công nghệ với việc cắt nhiên liệu;
• kiểm soát tất cả các thông số kỹ thuật nhiệt và sự trình bày của chúng cho người vận hành trên màn hình của máy tính cá nhân;
• giám sát trạng thái của các đơn vị và cơ chế - "BẬT" hoặc "TẮT";
• điều khiển từ xa các thiết bị truyền động từ màn hình điều khiển và lựa chọn các chế độ điều khiển - bằng tay, từ xa hoặc tự động;
• thông báo cho người điều hành về những bất thường trong hoạt động của kiểm soát viên;
• liên lạc với điều độ viên của khu vực thông qua kênh thông tin kỹ thuật số.

Phần kỹ thuật của hệ thống được bố trí trong bốn tủ - một tủ cho mỗi lò hơi. Mỗi tủ có bốn bộ điều khiển mô-đun khung.

Nhiệm vụ giữa các bộ điều khiển được phân phối như sau:

Bộ điều khiển số 1 thực hiện tất cả các thao tác khởi động lò hơi. Phù hợp với thuật toán khởi động do Teploenergoremont đề xuất:

• bộ điều khiển bật ống xả khói và thông gió cho hộp cứu hỏa và ống khói;
• bật quạt cấp gió;
• bao gồm máy bơm cấp nước;
• kết nối gas để đánh lửa từng đầu đốt;
• bằng cách điều khiển ngọn lửa mở khí chính cho các đầu đốt.

Bộ điều khiển số 2 được thực hiện trong một phiên bản trùng lặp. Nếu trong quá trình khởi động lò hơi, sự cố thiết bị không phải là khủng khiếp, vì bạn có thể dừng chương trình và bắt đầu lại tất cả, thì bộ điều khiển thứ hai duy trì chế độ chính trong một thời gian dài.

Nó có một trách nhiệm đặc biệt trong mùa lạnh. Trong quá trình chẩn đoán tự động tình huống bất thường trong phòng nồi hơi, sẽ diễn ra quá trình chuyển đổi tự động từ bộ điều khiển chính sang bộ điều khiển dự trữ. Các biện pháp bảo vệ công nghệ được tổ chức trên cùng một bộ điều khiển. Bộ điều khiển số 3 được thiết kế cho các chức năng ít quan trọng hơn. Nếu không thành công, bạn có thể gọi thợ sửa chữa và chờ một lúc. Mô hình lò hơi được lập trình trên cùng một bộ điều khiển.

Với sự trợ giúp của nó, việc kiểm tra trước khi bắt đầu về hiệu suất của toàn bộ chương trình điều khiển được thực hiện. Nó cũng được sử dụng để đào tạo nhân viên vận hành. Công việc tạo ra ACS đứng đầu của Moscow RTS PENYAGINO, KOSINO-ZHULEBINO, BUTOVO, ZELENOGRAD được thực hiện bởi nhóm MOSPROMPROEKT (công việc thiết kế), TEPLOENERGOREMONT (thuật toán điều khiển), NIITeplopribor (phần trung tâm của bộ vi xử lý) .

Hệ thống con và chức năng

Bất kỳ sơ đồ tự động hóa phòng nồi hơi nào cũng bao gồm các hệ thống con điều khiển, quy định và bảo vệ. Việc điều chỉnh được thực hiện bằng cách duy trì chế độ đốt tối ưu bằng cách thiết lập chân không trong lò, tốc độ dòng khí sơ cấp và các thông số của chất làm mát (nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng chảy). Hệ thống con điều khiển xuất dữ liệu thực tế về hoạt động của thiết bị sang giao diện người-máy. Các thiết bị bảo vệ đảm bảo ngăn ngừa các tình huống khẩn cấp trong trường hợp vi phạm các điều kiện vận hành bình thường, cung cấp ánh sáng, tín hiệu âm thanh hoặc tắt các đơn vị nồi hơi với việc xác định nguyên nhân (trên màn hình đồ họa, sơ đồ ghi nhớ, bảng) .

4.1. Nguyên tắc cơ bản của tự động hóa lò hơi

Chỉ có thể tiến hành vận hành tin cậy, tiết kiệm và an toàn nhà nồi hơi với số lượng nhân viên bảo dưỡng tối thiểu khi có điều khiển nhiệt, điều chỉnh tự động và điều khiển các quá trình công nghệ, báo hiệu và bảo vệ thiết bị [8].

Các quyết định chính về tự động hóa nhà lò hơi được thực hiện trong quá trình phát triển các sơ đồ tự động hóa (sơ đồ chức năng).Các sơ đồ tự động hóa được phát triển sau khi thiết kế các sơ đồ kỹ thuật nhiệt và ra quyết định lựa chọn thiết bị chính và phụ của phòng nồi hơi, cơ khí hóa và thông tin liên lạc kỹ thuật nhiệt. Thiết bị chính bao gồm lò hơi, bộ hút khói và quạt, các thiết bị phụ bao gồm bộ phận bơm và khử khí, nhà máy xử lý nước hóa chất, bộ gia nhiệt, trạm bơm ngưng tụ, trạm phân phối khí đốt, dầu đốt (than) nhà kho và một nguồn cung cấp nhiên liệu.

Phạm vi tự động hóa được thực hiện theo SNiP II-35-76 (mục 15 - "Tự động hóa") và các yêu cầu của nhà sản xuất thiết bị cơ nhiệt.

Mức độ tự động hóa của nhà lò hơi phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật chính sau:

- loại nồi hơi (hơi nước, nước nóng, kết hợp - hơi nước và nước);

- thiết kế của nồi hơi và thiết bị của nó (trống, dòng chảy trực tiếp, mặt cắt bằng gang có điều áp, v.v.), kiểu gió lùa, v.v.; loại nhiên liệu (rắn, lỏng, khí, kết hợp - khí-dầu, nghiền thành bột) và loại thiết bị đốt nhiên liệu (TSU);

- bản chất của chất tải nhiệt (công nghiệp, sưởi ấm, riêng lẻ, v.v.);

- số lượng nồi hơi trong phòng nồi hơi.

Khi lập sơ đồ tự động hóa, các hệ thống phụ chính của điều khiển tự động, bảo vệ công nghệ, điều khiển từ xa, điều khiển kỹ thuật nhiệt, khóa công nghệ và tín hiệu được cung cấp.

Mục đích và mục tiêu

Các hệ thống tự động hóa lò hơi hiện đại có thể đảm bảo vận hành thiết bị không gặp sự cố và hiệu quả mà không cần sự can thiệp trực tiếp của người vận hành. Các chức năng của con người được giảm xuống để giám sát trực tuyến sức khỏe và các thông số của toàn bộ phức hợp thiết bị. Tự động hóa nhà nồi hơi giải quyết các nhiệm vụ sau:

• Tự động khởi động và dừng lò hơi.
• Điều chỉnh đầu ra nồi hơi (điều khiển tầng) theo cài đặt chính đã chỉ định.
• Điều khiển bơm tăng áp, điều khiển mức nước làm mát trong mạch làm việc và tiêu thụ.
• Dừng khẩn cấp và kích hoạt các thiết bị báo hiệu trong trường hợp giá trị hoạt động của hệ thống nằm ngoài giới hạn đã đặt.