Автоматизована система управління котлом НЗЛ-110 Самарської ГРЕС на базі ПТК «КОЛО-2000»

1. Вступ.
2. Цілі і завдання.
3. Об'єкт управління.
4. Функції системи.
5. Склад системи.
6. Основні особливості програмно-технічного комплексу.
7. Динамічні характеристики системи управління
8. Висновки.

Вступ.

Самарська ГРЕС - одне з найстаріших підприємств теплоенергетичного комплексу Росії (рис.1.). Станція була введена в експлуатацію в червні 1900 р

Потужність станції в той час становила 210 кВт. В даний час Самарська ГРЕС спільно зі своїми структурними підрозділами забезпечують теплом близько 800 тисяч жителів м Самари. Середньорічний сумарний відпуск тепла по ГРЕС становить 3,3 млн. Гкал. Не так давно Самарська ГРЕС відзначила сторіччя з дня свого народження. Незважаючи на поважний вік, станція постійно оновлює своє обладнання, вводить нові виробничі потужності, проводить реконструкцію старих. У 1994 р на Самарської ГРЕС, однієї з перших в Росії, почалося створення автоматизованої системи управління технологічними процесами. АСУТП СамГРЕС створювалася як інформаційно-керуюча система, повністю замінює традиційні засоби КВПіА. Частиною цієї роботи є створення АСУТП котлоагрегату №4 на базі ПТК "КОЛО-2000" , Яка дозволила вивести процес управління котельним агрегатом на принципово новий рівень.

Цілі і завдання.

Створення АСУТП здійснювалося в зв'язку з реконструкцією газопроводу з впровадженням блоків газового обладнання БГ-8 виробництва ЗАТ "ХК АМАКС".

Цілями автоматизації управління котла, що виконується в комплексі з оснащенням пальників котла блоками газообладнання, є: підвищення безпеки розпалу й роботи котла на газі і реалізація вимог діючих нормативних документів РАО "ЄЕС Росії" і Держгіртехнагляду РФ; підвищення надійності роботи обладнання за рахунок зменшення ймовірності помилкових дій персоналу; підвищення економічності роботи обладнання за рахунок оптимізації нестаціонарних режимів роботи, скорочення часу пускових операцій; підвищення коефіцієнта готовності обладнання.

Поставлені цілі визначили наступні завдання створення АСУ ТП: повністю автоматизувати процес управління котлом, в т.ч. реалізувати головну функцію АСУ ТП - управління процесом виробництва пара необхідної кількості і якості з урахуванням вимог безпеки; повністю автоматизувати процес розпалювання пальників котла; забезпечити персонал своєчасної, достовірної та достатньої інформації про хід технологічного процесу і стан основного обладнання для можливості оперативного управління; забезпечити персонал необхідною інформацією для аналізу, оптимізації, планування роботи устаткування та ведення технічної звітності, включаючи реєстрацію подій, розрахунок техніко-економічних показників і діагностику стану обладнання; забезпечити персонал інформацією про працездатність технічних засобів АСУ ТП.

Об'єкт управління.

Котел НЗЛ-110 - вертикально-водотрубний барабанний котел, паропродуктивністю 110 т / год. Котел працює на парову закільцьованих магістраль (два загальних паропроводу перегрітої пари з тиском 3,0 МПа і температурою 420 0С). Котли такої продуктивності отримали досить широке поширення на підприємствах теплоенергетики Росії. Як правило, рівень автоматизації таких котлів невисокий, а обладнання системи автоматизації застаріло морально і фізично. Внаслідок цього, робота котла стає неефективною і навіть не безпечною. Також, найчастіше, не повністю дотримуються вимоги з охорони навколишнього середовища.

Функції системи.

АСУ ТП котлоагрегату виконує наступні функції:

• вимір і контроль технологічних параметрів; виявлення, сигналізація і реєстрація відхилень параметрів від встановлених меж; ручне введення даних; формування і видача оперативних даних персоналу у вигляді мнемосхем, таблиць, графіків і трендів; формування та друк звітних документів; архівування передісторії параметрів; розрахункові завдання; контроль і реєстрація дії захистів
• регулювання технологічних параметрів за допомогою програмних регуляторів, що використовують коригуючі сигнали, за деякими параметрами, можливість завдання параметрів автоматичного режиму
• дистанційне керування окремими механізмами з можливістю одночасного управління відразу декількома виконавчими механізмами
• забезпечення дії захистів і блокувань відповідно до вимог нормативних документів
• автоматичне керування процесом розпалювання пальників котла (розпал можна здійснювати як зі станції оператора так і з місцевого поста управління)
• ведення протоколів передаварійних і післяаварійних ситуацій
• захист від несанкціонованого доступу до функцій системи
• діагностика стану програмно-технічного комплексу; перевірка достовірності інформаційних сигналів; інформування інженера АСУ ТП при відмові технічних пристроїв із зазначенням пристрої, місця, часу і виду відмови з точністю до одного входу / виходу; реєстрація помилок, відмов, несправностей і дій по їх усуненню
• автоматична підтримка системного часу на станціях оператора і контролерах

Склад системи.

АСУ ТП котла №4 Самарської ГРЕС на базі ПТК "КОЛО-2000" будується як інтегрована людино-машинна система, що працює в темпі технологічного процесу (реальному часі).

Структурна схема АСУ ТП Самарської ГРЕС приведена на рис. 2.

Система управління на базі ПТК "КОЛО-2000" складається з трьох ієрархічних рівнів. У 1-й (нижній) рівень входять датчики вимірюваних параметрів, запірна і регулююча арматура спільно з виконавчими механиз-мами і пристроями. У 2-й рівень системи входять мікропроцесорні пристрої (контролери) для автоматичного збору і первинної обробки вимірюваних параметрів, виконання функцій автоматичного регулювання, технологічних захистів і блокувань, дистанційного керування, а також обладнання для розпалювання пальників котла за місцем - шафи управління УСО-1 виробництва ЗАТ «ХК АМАКС». У 3-й рівень (умовно «операторський») системи входять засоби для обчислювальної обробки інформації, її реєстрації, архівування, відображення, документування та діалогу з системою.

Можливість роботи обладнання АСУТП другого рівня в жорстких умовах експлуатації дозволила розмістити шафи з контролерами поруч зі щитом управління в безпосередній близькості від котла, що значно зменшило загальну довжину кабельних ліній. Оборудование АСУТП третього рівня знаходиться в операторної, розташованої на іншому поверсі будівлі КТЦ.

До складу АСУ ТП входять: шафи управління УСО-1 виробництва ЗАТ «ХК АМАКС»; шафа управління (1 шт.) з мікропроцесорними контролерами TREI-05-02 (2 шт.); станція оператора (СО) - 2 шт .; станція інженера АСУ ТП - 1 шт .; станція інжинірингу (СІ) - 1шт .; принтер; обладнання локальної обчислювальної мережі.

АСУ ТП включає в себе один сегмент високошвидкісний локальної обчислювальної мережі на базі 10/100-Мбітних технології "промислового" Ethernet зі 100% -им "гарячим" резервуванням. В якості базового протоколу мережевого і міжмережевоговзаємодії використовується протокол TCP / IP (UDP / IP). При цьому, реалізована програмна «надбудова» протоколу, що забезпечує його адаптацію до спеціальним вимогам, пред'явленим системами реального часу при обміні даними, і, таким чином, реалізована детермінованість алгоритму обміну даними по мережі.

Додатково до складу кожного робочого місця включені: технологічна функціональна клавіатура - для швидкого безпосередньо прямого виклику всіх відеокадрів системи, вибору та управління запірної та регулюючої арматурою, модифіковані звукові колонки - для функції сигналізації та влаштування автоматичного перезапуску - для підвищення безперебійності роботи станцій оператора.

Станція інжинірингу забезпечує обслуговування мікропроцесорних контролерів, їх програмування, налагодження і настроювання, збір інформації про відмови і збої, а також обслуговування робочих станцій - їх програмування, налагодження і налаштування, контроль за працездатністю.

Контролер К1 призначений для реалізації функцій контролю. Контролер К2 в комплекті з каркасами розширення К2.1 і К2.2 призначений для реалізації функцій технологічних блокувань, захистів і авторегулирования. Слід зазначити, що ПТК "КОЛО-2000" 32 дозволяє виконати як 100% -е "гаряче" резервування (дублювання) контролерів, так і 100% -е "гаряче" резервування обчислювального блоку, окремих плат і, навіть, окремих вузлів вводу / виведення. В даному випадку в контролері К2 прийнято рішення про 100% -му "гарячому" резервування обчислювального блоку і 100% -му "гарячому" резервування вихідних модулів з широтно-імпульсною модуляцією.

Контролери і проміжні клеммники, блоки живлення контролерів і датчиків конструктивно розміщені в шафі №1.

Кількість вхідних / вихідних сигналів розраховане з урахуванням 20% резерву для розширення системи. Загальна кількість фізичних вхідних / вихідних сигналів - 1019, в тому числі: аналогових вхідних (4..20 мА, сигнали термопар і термометрів опору) - 187; аналогових вихідних (з широтно-імпульсною модуляцією) - 16; дискретних вхідних - 584; дискретних вихідних - 216. Загальна кількість алгоритмів захистів і блокувань - 18. Загальна кількість контурів регулювання - 16. Загальна кількість запірної і регулюючої арматури - 33. Загальна кількість мнемосхем - 230. Загальна кількість трендів - 922.

Приклади відеокадрів системи наведені на малюнках 3 і 4.

Структура системи електроживлення виконана згідно з нормативним документом «Загальні технічні вимоги до програмно-технічних комплексів для АСУТП теплових електростанцій» РД153-34.1-35.127-2002. Відключення системи електроживлення не призводить до повної втрати всіх життєво важливих функцій АСУ ТП в тому числі захистів і блокувань. Введення змінного електроживлення здійснюється від двох незалежних фідерів, а всі абоненти ПТК підключаються за схемою АВР. Для підвищення надійності основну і резервну станції кожного робочого місця машиніста, шафа з контролерами, а також станція інжинірингу підключаються через промислові джерела безперебійного живлення, що забезпечують стабілізацію частоти і напруги, а також підтримання безперебійного живлення протягом 30 хвилин.

У функціональній структурі ПТК з точки зору користувачів виділяються наступні функціональні підсистеми: збору і первинної обробки інформації; автоматичного регулювання; технологічних захистів і блокувань; дистанційного і логічного управління; подання інформації оперативному персоналу; інструментальна (для супроводу системи, налаштування прикладних програм, інформаційної бази, програмування).

Реалізація в повному обсязі всіх необхідних для управління котлоагрегатом функцій системи з урахуванням високої надійності ПТК дозволило повністю відмовитися від традиційної релейного системи захистів, традиційних вторинних приладів, перетворювачів і ключів управління на щиті.

Персонал служби АСУ ТП Самарської ГРЕС пройшов в ТОВ "НВФ КОЛО" десятиденні курси навчання . Після завершення навчання був проведений іспит і видані відповідні свідоцтва про проходження навчання. Слід зазначити, що простота інструментальної системи дозволяє Замовнику, при необхідності, проводити зміни в графічної частини, базі даних і програмах користувача (контролерів і станцій оператора) після здачі системи в промислову експлуатацію без залучення Постачальника ПТК, тобто своїми силами. Причому, більшість з перерахованих операцій можна виробляти без зупинки технологічного обладнання.

Основні особливості програмно-технічного комплексу.

Основні особливості ПТК «КОЛО-2000» полягають у наступному: всі програмні та технічні компоненти сертифіковані Держстандартом РФ і Держнаглядохоронпраці РФ; ПТК метрологічно атестований і внесений до Держреєстру засобів вимірювальної техніки; ПТК дозволений до застосування на об'єктах РАО "ЄЕС Росії"; забезпечена висока надійність завдяки застосуванню елементної бази провідних зарубіжних фірм, глибокого тестування і жорсткого технологічного прогону; повне задоволення стандартам Росії, МЕК та інших чинних нормативних документів, зокрема, прийнятих для ПТК в РАО «ЄЕС Росії», в т.ч. РД-34.35.127; відкритість системи при нарощуванні і внесення змін; орієнтація на особливо небезпечні галузі промисловості; підтримка 100% -го «гарячого» резервування станцій оператора, контролерів, мереж; підтримка міжнародних стандартів мережевих протоколів; наявність спеціалізованих сертифікованих версій: ПТК «КОЛО-2000 / Т» (Комерційний облік тепла та теплоресурсів), «КОЛО-2000 / Г» (Комерційний облік газів) і ін .; ремонтопридатність і ефективний супровід на об'єктах Росії; потужні інструментальні засоби і САПР.

Окремо слід відзначити наступні основні переваги одного з найважливіших компонентів ПТК - контролерів серії TREI-05: наявність "інтелектуальних" модулів вводу-виводу; модульність - 1, 2, 4 вхід / вихід; надійність (від 75 000 до 150 000 ч); індивідуальна гальванічна ізоляція всіх входів / виходів - від 1500 до 3500 В; «Гаряча» заміна модулів (без виключення живлення); безпосереднє введення-виведення більш 180 типів сигналів; економічна схема гарячого резервування обчислювального модуля і ін.

Програмні та технічні засоби системи забезпечують глибоку ступінь діагностики і самодіагностики компонентів технічних засобів. За допомогою засобів самодіагностики фіксуються, як мінімум, такі ситуації: відмова джерел живлення; відмова контролера; відмова робочої станції; обрив ланцюга аналогового датчика з сигналом 4-20 мА; обрив ланцюга управління дискретних вихідних сигналів; обрив ланцюга управління дискретних вхідних сигналів; невідповідність поточного стану дискретних виходів для релейних модулів станом, що задається для користувача програмою (забезпечується вбудованою схемою самодіагностики модуля введення-виведення контролера); відхилення сигналів за встановлені діапазони.

Всі кошти самодіагностики визначають конкретну адресу несправного модуля. Діагностичні повідомлення надходять на станцію інжинірингу, операторську станцію і квитирующего оперативним персоналом. Засоби самодіагностики забезпечують середній час відновлення працездатності компонентів ПТК при відмові одного з модулів не більше 2-х хвилин (без урахування часу доставки ЗІП), причому заміна модуля не вимагає відключення харчування і перезапуску контролера.

Динамічні характеристики системи управління

• Максимальний час реакції системи на зміни аналогових і дискретних сигналів не перевищує 100 мсек.
• Точність реєстрації аварійних ситуацій - не більше 10 мсек.
• Цикл оновлення відеокадрів -0,5 сек.
• Цикл зміни кадрів - не більше 1 сек.
• Максимальний час реакції на команду оператора - 0,2 сек.

Короткі відомості про розробника.

Генеральний розробник та постачальник системи - науково-виробнича фірма «КОЛО» (м Пенза). Вирішальний внесок в успіх роботи внесли субпідрядники - стратегічні партнери ТОВ "НВФ" КОЛО ". Проектні роботи, а також, комплексно налагоджує системи виконані ТОВ" Енергоавтоматика "(Уфа), проект блоків" АМАКС "виконало АТВТ" ЦКБ "Енергоремонт" ( м Москва), поставку і налагодження підсистеми автоматичного розпалу виконало АТ "ХК" АМАКС "(м.Москва).

Висновки.

Приведення системи управління до вимог діючих норм і правил Держгіртехнагляду РФ і РАО "ЄЕС Росії", а також різке скорочення устаткування, що експлуатується системи автоматизації забезпечили збільшення надійності і економічності роботи котлоагрегату НЗЛ-110. Крім того, забезпечено легкий переклад з одного виду палива на інше, досягнута значна економія кабелю, знижені експлуатаційні і виробничі витрати. Впровадження АСУТП дозволило повністю автоматизувати технологічний процес, реалізувати більш складні алгоритми контролю і управління, в тому числі автоматичний розпалювання пальників котла, забезпечити персонал більш повної і своєчасної інформацією.

Фірма "КОЛО" висловлює глибоку вдячність за участь в роботі фахівцям Самарської ГРЕС, ТОВ "Енергоавтоматика", АТВТ "ЦКБ" Енергоремонт ", АТ" ХК "АМАКС", зокрема, Хасіяталліну А.М., Волкову К.Б., Єрмакову А.А., Чупрунова В.П., Магрупову Р.У., Лопатіну В.В., Давлятову М.Р., Альмісакову Р.А., Ісаєву Д.Г., Буділова К.В, Петрову В.А ., Пропущені І.

Дивіться також:

Тематичні розділи: