Автоматизированная система частотного регулирования производительности тягодутьевых машин котла


1 ВВЕДЕНИЕ

Автоматизированная система частотного регулирования "АСЧР ТДМ" предназначена для управления производительностью дутьевого вентилятора и дымососа котла в соответствии с технологическим регламентом и режимной картой, а также для организации эффективного сжигания и экономии топлива при производстве тепловой энергии и пара, теплоснабжения и обеспечения потребителей горячей водой, улучшения экологических условий эксплуатации котельной, повышения надежности оборудования, информирования обслуживающего персонала о протекании технологического процесса, повышения культуры производства.

2 ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ

Автоматизированная система рассчитана на непрерывный технологический процесс.
Автоматизированная система выполняет следующие функции:
- сбор, обработка аналоговых и дискретных сигналов;
- регулирование параметров технологического процесса: разрежения в топке, а также давления воздуха на горение в зависимости от давления газа (в соответствии с режимной картой);
- автоматическое и дистанционное управление исполнительными механизмами;
- управление технологическими процессами в реальном масштабе времени;
- тестирование и самодиагностика технических средств;
- защита от разрушения программного обеспечения и несанкционированного доступа к информации;
- защита управляемых электродвигателей от аварийных режимов работы (перегрузка, обрыв фазы, пониженное и повышенное напряжение, обрыв муфты и др.);
- автоматическое повторное включение тягодутьевых машин (ТДМ) в режиме вентиляции котла при исчезновении и последующем восстановлении напряжения в системе электроснабжения;
- формирование предупреждающего сигнала при выходе за допустимые пределы параметров электропривода или технологического процесса.

Целью создания и внедрения автоматизированной системы является достижение оптимальных производственно-экономических, технологических и технических параметров работы котлов за счет внедрения современных и передовых технологий управления.

Достижение основной цели обеспечивается:
- улучшением точности управления параметрами технологического процесса;
- высокой оперативностью управления технологическими процессами;
- расширением информационных и управляющих функций системы;
- предоставлением персоналу достаточной, достоверной и своевременной информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования для оперативного управления;
- повышением производительности труда обслуживающего персонала;
- снижением влияния человеческого фактора на производственный процесс;
- экономией потребляемой электроэнергии (в среднем 35%).
- экономией потребляемого газа (до 5%).

Объектами контроля и управления автоматизированной системы управления являются:
- система подачи воздуха на горение;
- система регулирования разрежения в топке.
Исполнительные механизмы располагаются непосредственно у технологического оборудования.
Основными приборами информационной системы являются датчики давления (разрежения) в соответствии с РД 34.35.101-88. Все датчики и преобразователи сигналов должны иметь унифицированный выходной сигнал (0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА, 0…10 В) и обеспечивать погрешность измерения не более 0,5 %.

Система предназначена для управления работой тягодутьевых машин паровых и водогрейных котлов следующих типов: ДЕ, ДКВР, ГМ, КВГМ, ПТВМ. При этом от мощности котла, его производительности зависят только диапазоны измеряемых параметров датчиков, а, соответственно, от мощности вентиляторов и дымососов зависят типы частотных преобразователей. Управляющий вычислительный комплекс остается неизменным, и, поскольку, все частотные преобразователи и датчики имеют аналогичное подключение, то при установке системы на определенный тип котла необходимо только на панели оператора выставить требуемые диапазоны измеряемых величин и записать в память контроллера режимную карту котла.


3 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

В основу построения системы положен иерархический принцип построения систем управления и контроля, состоящий из двух уровней. Структурная схема системы управления тягодутьевыми машинами котла показана на рисунке 1.
Первый уровень. Осуществляет:
- сбор информации с первичных датчиков и преобразователей;
- решает локальные задачи управления частотными преобразователями;
- производит предварительную обработку и передачу результатов работы в контроллер.
Технической базой этого уровня служит аппаратура, расположенная на отдельных контролируемых объектах.
Второй уровень. Местом сбора всей информации является панель оператора со встроенным контроллером. На этом уровне обеспечивается:
- оперативный контроль и управление;
- формирование параметров технологических процессов;
- приём и обработка информации, поступающей с первого уровня;
- отображение параметров работы ТДМ;
- отображение параметров работы котла: давления газа и воздуха, разрежения.

Оборудование для функционирования системы на этом уровне располагается на щите управления в операторской.

Схемой автоматики реализуется:
- контроль давления воздуха после дутьевого вентилятора;
- контроль давления газа перед горелкой;
- контроль разрежения в топке;
- контроль режимов работы частотных преобразователей;
- автоматическое регулирование давления воздуха на горение;
- автоматическое регулирование разрежения в топке котла;
- возможность перепрограммирования характеристик управления технологическим процессом в соответствии с режимной картой котла;
- формирование световой и звуковой сигнализации при возникновении аварийных ситуаций и при выходе параметров за допустимые пределы.

Рисунок 1 - Структурная схема системы частотного регулирования производительности ТДМ котла.

Система обеспечивает отображение параметров технологического процесса с помощью панели управления со встроенным контроллером, обработку входных и выходных сигналов специальными модулями, передачу полученной информации на верхний уровень (при необходимости).
Схема подключения программно-технического комплекса приведена в приложении А.


4 ПРЕИМУЩЕСТВА

Главным преимуществом предлагаемой системы является надежность системы управления и упрощение работы оперативно-технического персонала, обслуживающего основное и вспомогательное технологическое оборудование, поскольку отпадает необходимость ручного поддержания давления воздуха. Система обеспечивает автоматическое поддержание соотношения топливо-воздух в соответствии с режимной картой котла, что позволяет минимизировать вредные выбросы в атмосферу, уменьшить потребление топлива.
Также система позволяет улучшить работу котла на переменных нагрузках, так как быстродействие частотных преобразователей на порядок выше, чем у шиберов.
Достоинством системы является возможность осуществления автоматизированного розжига котла. При этом операторам не нужно на местном пульте возле горелки вручную регулировать давление воздуха на горение и разрежение в топке, отслеживая при этом форму пламени. Достаточно только осуществлять подачу топлива в соответствии с существующей инструкцией. Система автоматически поддерживает оптимальные режимы подачи воздуха и разрежения (в соответствии с режимной картой), начиная от нулевого значения давления топлива (этап подготовки к розжигу котла) и заканчивая значением, соответствующим максимальной производительности котла.

Данная система устанавливается параллельно существующей системе управления шиберами вентилятора и дымососа. В любой момент оператор может переключиться с системы управления частотными преобразователями на старую существующую систему управления шиберами. Для этого необходимо только подключить питание электродвигателей вентилятора и дымососа напрямую к сети и перевести шибера из полностью открытого положения в рабочее положение, при этом их регулирование производить от существующих регуляторов (Р25, РС29 и т.д.) согласно инструкции.
Автоматика безопасности котла и контура управления производительностью и уровнем в барабане котла остаются неизменными.

Разрабатываемое прикладное программное и системное обеспечение дает оператору-технологу максимум информации о протекании технологического процесса, а также диагностической информации о состоянии датчиков и частотных преобразователей.
При создании системы Заказчику передается комплект рабочей документации на компоненты, входящие в систему, и на программные продукты, используемые при создании программного обеспечения. Эта документация позволяет скомплектовать, смонтировать, наладить, изучить систему и грамотно ее эксплуатировать.
Комплект документации на компоненты состоит:
а) Техническое обеспечение:
- техническое описание аппаратных средств;
- руководство по эксплуатации аппаратных средств;
- обучающие материалы по применению аппаратных средств.
б). Программное обеспечение:
- описание программных продуктов;
- руководство по применению программных продуктов;
- обучающие материалы по применению программных продуктов.
Документация на управляющие средства поставляется на русском языке и частично на английском.

На рисунке 2 представлена панель системы регулирования.

Рисунок 2 - Панель системы регулирования.

На рисунке 3 представлен экран панели оператора "Основное окно".

Рисунок 3 - Экран панели оператора "Основное окно".


На рисунке 4 представлен экран панели оператора "Настройка регуляторов".

Рисунок 4 - Экран панели оператора "Настройка регуляторов".


На рисунке 5 представлен экран панели оператора "Режимная карта" (этап 3).

Рисунок 5 - Экран панели оператора "Режимная карта".



5 КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ

Технические средства системы частотного регулирования на базе программируемых контроллеров Bernecker&Rainer соответствует требованиям следующих нормативных и отраслевых документов по эксплуатации энергетических объектов Белорусской энергосистемы:
- ГОСТ 21552-84;
- ГОСТ 21776-87;
- ГОСТ 27201-87;
- ГОСТ 29124-91;
- Р50033(IEC950)-92;
- ГОСТ 17516-90;
- ГОСТ 12.2.007.0-75;
- СТБ 8003-93;
- СТБ 8004-93;
- РД РБ 50.803-93;
- ПТЭ 89 (разд. 1.9, 6.10, 6.11);
- ПУЭ 85 (п.п. 3.3.38-3.3.103).
Также технические средства системы частотного регулирования соответствуют требованиям международных стандартов:
- IEC 61131-2 "Программируемые логические контроллеры. Требования к оборудованию и тестирование. Стандарт для продукции на ЭМС.";
- 61000-6-2 (50082-2) "ЭМС - помехоустойчивость в промышленных средах, групповой стандарт";
- 61000-6-4 (50081-2) "ЭМС - излучаемые помехи в промышленных средах, групповой стандарт";
- EN50178 "Оборудование для высоковольтных установок";
- UL 508 "Промышленное управляющее оборудование".
Системы автоматизации на базе программируемых контроллеров B&R (Bernecker&Rainer Industrie Electronik Ges.m.b.H.) прошли необходимые сертификационные испытания в Госстандарте России (сертификат соответствия №РОСС АТ.СН 01.В 82086, сертификаты об утверждении типа средств измерений АТ.С.34.004.А №17305…17308) и разрешены к применению Госгортехнадзором России (Разрешение №РРС 03-9992).
Проматомнадзор МЧС РБ согласовал применение систем автоматизации и противоаварийной защиты на базе микроконтроллеров B&R на опасных производственных объектах Республики Беларусь (письмо №05-4517 от 26.11.2004 г. за подписью Заместителя начальника департамента Слободчикова М.В.).
Получение разрешения Проматомнадзора МЧС РБ на применение "АСЧР ТДМ" не требуется (письмо №15-283 от 23.01.2006 г. за подписью Первого заместителя начальника Проматомнадзора Галковского В.М.).

6 ГАРАНТИИ

Гарантийный срок на систему составляет 12 месяцев со дня ввода в эксплуатацию, но не более 18 месяцев со дня поставки.
По окончанию гарантийного срока организуется послегарантийное обслуживание.

7 СТОИМОСТЬ И ФОРМА ОПЛАТЫ

Стоимость системы частотного регулирования одним котлом без частотных преобразователей составляет около 19,6 млн. руб. с НДС. В стоимость системы входят:
- технические средства (панель оператора со встроенным контроллером, модули обработки сигналов, блоки питания, коммутационная аппаратура и т.д.);
- измерительные преобразователи давления газа, давления воздуха, разрежения в топке;
- программные средства;
- эксплуатационная документация;
- проверка подключения к шкафу контрольно-измерительных приборов и оборудования непосредственно на объекте;
- настройка параметров работы котла;
- обучение персонала.

Стоимость частотных преобразователей питающего напряжения электродвигателей дымососа и дутьевого вентилятора зависит от мощности электродвигателей.

Сроки поставки оборудования и программного обеспечения системы регулирования составляют 6…8 недель.
Предоплата за поставляемое оборудование и программное обеспечение составляет 100%.


8 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Внедрение системы частотного регулирования увеличит эффективность функционирования объекта управления, в том числе:
- обеспечит визуальный контроль технологического процесса;
- сократит расход топлива на производство тепловой энергии на 2…4% за счет управления процессом по оптимальному закону;
- сократит потребление электроэнергии на 30…35% за счет применения частотных преобразователей питающего напряжения электродвигателей дымососов и вентиляторов;
- повысит производительность оборудования;
- увеличит надёжность оборудования;
- повысит культуру производства.

Срок окупаемости 1,5…2 года в зависимости от объемов производства.




Приложение А - Схема подключения программно-технического комплекса

Приложение Б - Пример модернизации существующего щита управления котлом

Рисунок Б.1 - Пример модернизации существующего щита управления котлом.


Вернуться к списку