Водогрейные котельные установки, работающие на угле, широко используются на предприятиях промышленности и ЖКХ для решения задач автономного теплоснабжения (технологических нужд, отопления, горячего водоснабжения). Большинство таких установок в настоящее время оснащены морально и физически устаревшими системами управления на основе средств релейноконтактной автоматики и аппаратно реализованных промышленных регуляторов.
Система автоматизации водогрейной угольной котельной в общем случае должна обеспечить:
- Выработку в каждый данный момент необходимого количества теплоты (горячей воды) при определенных ее параметрах — давлении и температуре
- Экономичность сжигания угля, снижение расхода электроэнергии для собственных нужд и потерь теплоты до минимума
- Надежность и безопасность работы котельной установки
- Оперативный контроль и управление котлоагрегатами
Применение на угольных котельных частотных электроприводов и АСУ ТП на базе современных компьютеров и программируемых микропроцессорных контроллеров позволяет наиболее эффективно решить вышеуказанные задачи, а также снизить влияние человеческого фактора на производственный процесс и вероятность возникновения аварийных режимов. Для создания АСУ ТП котельной установки целесообразно использовать принцип распределенного управления, реализация которого для водогрейных агрегатов, работающих на угле, представлена на рисунке 1.
В схеме приняты следующие обозначения:
- ПК — персональный компьютер
- ДТНВ — датчик температуры наружного воздуха
- ДТГТ — датчик температуры горячей воды в теплосети
- ПЛК.m, ПЛКС, ПЛКВП, ПЛКУП — программируемые логические контроллеры, выполняющие функции управляющих устройств, соответственно, котлоагрегатов КА, число которых в общем случае равно m, сетевого оборудования СО, систем водоподготовки СВП и углеподготовки СУП
- ТОВ, ТПВ — трубопроводы (коллекторы), соответственно, обратной и прямой (горячей) воды в теплосети
- ПМУ — панель местного управления котлоагрегатом
- В, У — потоки воздуха и угля на входе в котлоагрегат
- Ш, ДГ — потоки шлака и дымовых газов на выходе котлоагрегата
- ГВ, ОВ — потоки, соответственно, горячей воды на выходе и обратной воды на входе котлоагрегата
Приняты следующие обозначения векторов на схеме:
- U̅K — вектор управляющих воздействий в котлоагрегате, включающий в себя сигналы управления частотными электроприводами дутьевого вентилятора, дымососа и цепной решетки топки котла, приводами вентилятора уноса, питателя, забрасывателя угля в топку, транспортера шлако- удаления, задвижек в трубопроводах воды на входе и выходе котла, шиберов воздухо- и газопроводов, а также сигналы управления вибратором в бункере угля, запальником и топливным насосом в устройстве розжига котла жидким топливом
- X̅K — вектор контролируемых параметров и состояний элементов котлоагрегата (расход топлива и воды подпитки, разряжение и температура газов в топке, температура воды на выходе котла, расход и давление воздуха, содержание кислорода и оксида углерода в уходящих дымовых газах, уровень угля в бункере, давление и уровень жидкого топлива в баке системы розжига котла, состояние ВКЛ/ВЫКЛ электроприводов механизмов системы, положение ОТКР/ЗАКР задвижек и шиберов, скорость движения колосниковой решетки, температура в установке розжига)
- ТНВ — температура наружного воздуха
- ТГТ — температура горячей воды в теплосети
- U̅С — вектор управляющих сигналов сетевого оборудования (сигналы управления насосами сетевыми и подпитки, задвижками на входе/выходе теплосети, рециркуляции и подпитки сети очищения водой)
- X̅С — вектор контролируемых параметров и состояний элементов в теплосети (температура прямой (горячей) воды на выходе из котельной, давление и расход обратной воды на входе в котельную, состояние ВКЛ/ВЫКЛ электродвигателя насосов сетевого и подпитки, конечное положение ОТКР/ЗАКР сетевых задвижек, положение задвижек рециркуляции и подпитки сети)
- U̅ВП — вектор управляющих сигналов в системе водоподготовки (сигналы управления насосами сырой воды от источника, химотчистки и деаэрации воды и задвижкой регулирования температуры подпиточной воды)
- X̅ВП — вектор контролируемых параметров и состояний элементов в системе водоподготовки (температура подпиточной воды, уровень воды в баке деаэратора, состояние ВКЛ/ВЫКЛ электродвигателей насосов)
- U̅УП — вектор управляющих сигналов в системе углеподготовки (сигналы управления электродвигателями приводов транспортеров, грохота, дробилки и загрузочной тележки, управления металло- и щепоуловителями)
- X̅УП — вектор контролируемых параметров и состояний элементов в системе углеподготовки (уровень заполнения бункеров угля, питающих котлы, положение загрузочной тележки, расход угля, состояние ВКЛ/ВЫКЛ электродвигателей элементов СУП).
Система управления является двухуровневой. Нижний уровень управления выполнен на программируемых логических контроллерах по одному, соответственно, на каждый котлоагрегат, на сетевое оборудование (насосы сетевой и подпитки, задвижки рециркуляции и подпитки, задвижки на входе и выходе тепловой сети), на систему водоподготовки (водоподготовительное оборудование, обеспечивающее подачу, подогрев, химочистку и деаэрацию сырой воды от источника), на систему углеподготовки (технологическое оборудование, обеспечивающее транспортирование угля со склада котельной конвейерами, удаление металлических предметов (металлоуловители) и древесной щепы (щепоуловители), сортировку и дробление угля (грохот и дробилка) и загрузку бункеров, питающих углем котлоагрегаты, осуществляемую системой “конвейер — загрузочная тележка — бункеры угля”).
Программируемые контроллеры выполняют функции локальных управляющих устройств, обеспечивая решение задач контроля, регулирования и управления соответствующими технологическими узлами котельной установки, в частности (см. рисунок) котлоагрегатами KAi…m, сетевым оборудованием СО, системами водоподготовки СВП и углеподготовки СУП. Каждый контроллер, получая информацию от датчиков технологического узла и задания от персонального компьютера ПК верхнего уровня управления, формирует на основе записанного в его память алгоритма сигналы управления соответствующими исполнительными устройствами данного узла. Контроллеры также обеспечивают обмен данными с ПК по сети RS-485, используя при этом в качестве линии связи витую пару проводов.
Верхний уровень управления котельной установкой представлен персональным компьютером ПК и оператором. Персональный компьютер выполняет функции интерфейса “человек — машина”.
При этом ПК обеспечивает:
- Сбор и обработку информации о ходе технологических процессов в котельной
- отображение информации о состоянии и параметрах функционирования технологических узлов котельной установки в виде мнемосхем узлов со световыми и цифровыми значениями контролируемых параметров, графиков и таблиц на экране
- Ведение архива — регистрация технологических параметров и состояний оборудования котельной, а также действий оператора
- Формирование команд ПУСК/СТОП и уставок (заданных значений параметров) программируемым контроллерам технологических узлов котельной
- Автоматическое изменение теплопроизводительности котлоагрегатов в зависимости от температуры наружного воздуха, температуры горячей воды в теплосети и состояния КА с возможностью их вывода в резерв или ввода в работу из резерва
- Распознавание предаварийных ситуаций и выработку управляющих воздействий по предотвращению аварий
- Автоматический учет расхода угля, подпиточной воды и электроэнергии; — печать отчетов и протоколов о работе котельной установки
- Диагностику системы управления и оборудования котельной при возникновении неисправности.
Для технической реализации интеллектуальной части предлагаемой компьютерной системы управления угольной котельной целесообразно использовать ПК типа Pentium III, программируемые контроллеры ОВЕН ПЛК-150 с возможностью расширения по входам/выходам с помощью модулей удаленного ввода/вывода аналоговых сигналов МВА8 и МВУ8 и дискретных сигналов МДВВ.
Разработка программного обеспечения верхнего уровня системы управления может быть осуществлена с помощью известных SCADA-систем, в частности Genesis 32, Trage Mode и др. Программирование контроллеров ОВЕН обеспечивается с помощью среды CoDeSys и библиотеки функциональных блоков (ПИД-регулятора, блока управления 3-х позиционной задвижкой и др), поставляемых изготовителем.
Контроллеры Овен ПЛК при данном применении, обеспечивают:
- Встроенные интерфейсы Ethernet, RS-485, RS-232, что существенно упрощает создание управляющей сети
- Возможность настройки их дискретных выходов на генерацию ШИМ-сигнала, что позволяет реализовать ПИД-регулирование при использовании исполнительных механизмов постоянной скорости.
Источник: Принципы построения компьютерной системы автоматизации водогрейной котельной установки для работы на угле / А.Е. Медведев // Вестник КузГТУ. — 2008. — №3. — C. 58-60
