Решение отмеченных выше задач возможно только за счет внедрения новых технологий, оборудования, технических средств управления, а также повышением эффективности эксплуатации объектов управления и средств их автоматизации, что в настоящее время является актуальной научно-технической проблемой. Значительным резервом повышения эффективности эксплуатации теплоэнергетических предприятий является их реконструкция. В процессе реконструкции Северной котельной города Мурманска, ГОУТЭП «ТЭКОС» была осуществлена автоматизация котлоагрегатов на базе современных аппаратно- программных средств информационно-управляющего комплекса ТДС 3000, первичных измерительных преобразователей и статических частотных векторных преобразователей позволила повысить экономическую эффективность работы не только его оборудования, но и установок потребляющих пар, а также электродвигателей приводов дымососов и вентиляторов.
Внедренные новые способы регулирования процессов горения, поддержания уровня в барабане котла, разряжения в топке котла, а также продувки циклонов котлоагрегата, обеспечивают сокращение расхода топлива. Это было достигнуто путем поддержания оптимальных параметров процессов горения, солесодержания котловой воды, разряжения в топке котла, а также путем поддержания максимально возможного КПД котла как в установившихся, так и в переходных режимах, исключающих потери топлива за счет перерегулирования. Комплекс отмеченных выше мероприятий позволил увеличить производительность котлов путем быстрого управления агрегатом и сохранения аккумулированной в нем энергии на максимальном уровне.
С целью расширения функций и реконструкции существующей системы управления предлагаются несколько вариантов проектных решений построения АСУ ТП предприятия.
Целью создания АСУ ТП является замена существующего морально устаревшего оборудования современными средствами автоматизации и создание на их базе высоконадежной, функционально насыщенной системы, обеспечивающей непрерывную и безопасную работу котельного оборудования, повышение качества контроля и управления технологическим процессом и улучшение условий труда технологического персонала. Объектом автоматизации является технологический процесс на паровых котлах, вспомогательном и общекотельном оборудовании. В состав реконструируемого технологического оборудования входят:
- два паровых котла ГМ с технологической обвязкой;
- пять паровых котла ДКВР с технологической обвязкой;
- вспомогательное оборудование водоподготовки;
- общекотельное оборудование в составе: деаэраторов сетевых, деаэраторов подпиточных, подогревателей сетевой воды, редуционно-охладительных установок, сетевых и подпиточных насосов, электрического оборудования;
- оборудование мазутного хозяйства.
Характерными особенностями технологического процесса являются:
- непрерывность технологического процесса в период эксплуатации и наличие элементов дублирования;
- пожаро- и взрывоопасность, обусловленные применением горючих материалов (мазут) и наличием находящейся под высоким давлением пара;
- наличие независимых технологических узлов.
Требования к структуре и функционированию системы - система должна состоять из двух целевых подсистем:
- информационно-управляющей (СМА );
- местного управления.
Информационно - управляющая подсистема должна обеспечивать: управление объектами котельной во всех эксплуатационных режимах, централизованный контроль за состоянием объектов, сигнализацию отклонения параметров от нормы, регулирование параметров процесса по стандартным законам, управление отдельными узлами процесса по специальным алгоритмам, ручное и дистанционное управление процессом, формирование технологических и аварийных сообщений, протоколирование действий оператора, контроль исполнения команд, дифференцированный допуск операторов к отдельным операциям, защиту системы от случайного или несанкционированного воздействия, расчет технико-экономических показателей, формирование отчетных документов о производственной деятельности котельного хозяйства, архивирование данных о состоянии технологического оборудования и о параметрах технологического процесса, действиях персонала по управлению оборудованием котельной, а также о несанкционированном допуске к управлению и информации.
Подсистема местного управления должна обеспечивать защиту технологического оборудования и персонала в аварийных ситуациях, сигнализацию срабатывания подсистемы защиты, фиксирование порядка срабатывания системы защиты, возможность ручного инициирования срабатывания системы защиты.
Комплекс технических средств системы должен быть построен по двухуровневой схеме. На нижнем уровне должны быть реализованы все функции регулирования, автоматического управления и защиты. На верхнем уровне должны быть реализованы централизованный контроль и дистанционное управление технологическим процессом, формирование и выдача отчетных документов. Обмен между верхним и нижним уровнями системы должен осуществляться автоматически. Для работы с системой должно быть организовано рабочие места оператора (АРМ оператора) на базе ПЭВМ с периферийными устройствами.
Система должна иметь аппаратную и программную самодиагностику, а также сигнализацию и печать ее результатов.
АСУ ТП должна выполнять комплекс информационных, управляющих и вспомогательных (сервисных) функций.
Информационные функции:
- сбор и первичная обработка аналоговых сигналов,
- сбор и обработка дискретных сигналов,
- архивация (наполнение данных в архиве),
- отображение информации оператору-технологу,
- технологическая сигнализация,
- протоколирование информации (составление отчетов),
- расчет и анализ технико-экономических показателей,
- регистрация событий,
- регистрация аварийных ситуаций.
Управляющие функции: дистанционное управление, автоматическое регулирование, автоматическое логическое управление и технологические блокировки, технологические защиты.
Вспомогательные (сервисные) функции: обеспечение точности информации, обеспечение единого времени системы, тестирование и самодиагностика, защита от разрушения программного обеспечения и несанкционированного доступа к информации.
Современные микропроцессорные системы распределённого управления позволяют реализовать два уровня управления: локальный и централизованный.
На локальном уровне осуществляется автоматическое регулирование технологических процессов в отдельных контурах агрегатов котельной: поддержание разряжения в топках котлов, уровня воды в барабанах котлов, регулирование подачи топлива и воздуха в топки котлов, поддержание уровней, давлений и температур в агрегатах общекотельного оборудования. Вместо использования регулятора расхода воздуха, который работает от сигналов с датчиков расхода и газоанализатора и отражает работу теплоэнергетических установок в целом, не учитывая возможные отклонения в работе отдельных горелочных устройств, число которых на крупных котлоагрегатах может достигать нескольких десятков, предлагается использовать управление на основе раздельного управление подачей воздуха в каждую горелку, то есть, управление коэффициентом избытка воздуха a.
Для реализации раздельного управления процессом сжигания топлива в многогорелочном котлоагрегате предлагается использовать набор датчиков пламени, контролирующий спектральный состав пламени каждой из горелок. Сигнал с них поступает на модуль аналогового ввода ADAM-4017, а затем в управляющий модуль ADAM-4500 в который загружена программа нечеткого регулирования. Затем сигнал регулятора, выходя из модуля дискретного ввода-вывода ADAM-4050, управляет воздушной заслонкой.
Уровень централизованного управления решает задачи включения и отключения узлов технологического оборудования, распределения нагрузки между агрегатами котельной, выполнения заданного теплового графика.
Для решения задач управления необходимо предусмотреть два уровня управляющего оборудования: "нижний", на котором осуществляется ввод/вывод технологической информации, ее обработка и локальное управление технологическим оборудованием, и "верхний", на котором осуществляется отображение технологической информации и ввод управляющих воздействий. Это обеспечивается структурой системы.
Модули станций распределённого ввода/вывода предназначены для построения распределенных систем сбора данных и управления и представляют собой компактные и интеллектуальные устройства обработки сигналов датчиков, специально разработанные для применения в промышленности. Наличие встроенных микропроцессоров позволяет им осуществлять как реализацию регуляторов, так и нормализацию сигналов, операции аналогового и дискретного ввода/вывода, отображение данных и их передачу (или прием) по интерфейсу RS-485.
Преимуществом распределенной СУ является то, что даже при «зависании» управляющего компьютера система не потеряет работоспособность, так как локальные контролеры будут продолжать работать по заранее заложенной в них программе. Программы закладываются в них с управляющего компьютера в начале работы. Сам управляющий компьютер предназначен, помимо того, что он загружает программы в регуляторы, для:
- приема информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров нижних уровней и датчиков;
- сохранения принятой информации в архивах;
- вторичной обработки принятой информации;
- изменения уставок регуляторов;
- графического представления хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме;
- оповещения персонала об обнаруженных аварийных событиях;
- формирования сводок и других отчетных документов на основе архивной информации, обмена информацией с АСУ предприятием (или, как ее принято называть сейчас, комплексной информационной системой).
Учитывая непрерывность технологического процесса, а также необходимость отказоустойчивости работы управляющего оборудования, "нижний" уровень управления должен иметь горячее резервирование.
Данная конфигурация позволяет неограниченно наращивать систему управления и реализовывать любые алгоритмы управления. Внедрение системы требует разработки нового программного обеспечения под PLC и SCADA системы. Для использования и обслуживания требуется переподготовка персонала.