Типовое решение для автоматизации паровых котлоагрегатов средней мощности на базе современного контроллерного оборудования AutomationDirect, Schneider Electric и сетевого оборудования Korenix

Современный котлоагрегат невозможно представить себе без системы автоматики, объединившей все последние достижения в области управления тепловыми потоками. Котлоагрегаты БКЗ-75-39 ГМА Белгородского котельного завода обычно используют предприятия нефтяной, химической и металлургической промышленности для собственных нужд по пару. Автоматизация данного типа котлоагрегатов очень важна в настоящее время, чтобы выйти на новый уровень взаимодействия неосновного вспомогательного производства с основным, так как в конечном итоге несогласованность в их работе скажется на готовой продукции предприятия. Также можно нередко встретить данные типы котлоагрегатов в районных котельных крупных городов и поселков городского типа.

Котельный агрегат однобарабанный с естественной циркуляцией с двухступенчатым испарением предназначен для получения перегретого пара.

Котельный агрегат имеет П-образную компоновку. Он состоит из топочной камеры, являющейся восходящим газоходом, поворотной камеры и опускной конвективной шахты – газохода. Топочная камера имеет призматическую форму с размерами 5140×5900. Стены топочной камеры полностью экранированы трубами диаметром 60×3 мм с шагом 100 мм на задней и боковых стенах и 150 мм – на фронтовой. Схема испарения двухступенчатая. В барабане расположен чистый отсек первой ступени испарения, два солевых отсека второй ступени по торцам барабана и выносные сепарационные циклоны, изготовленные из труб диаметром 377 мм третьей ступени испарения. В верхней части топки расположен ширмовый пароперегреватель с вертикально расположенными змеевиками, двухступенчатый, выполнен из труб Ду38. Регулирование температуры пара осуществляется поверхностным пароохладителем, установленным между ступенями “в рассечку”. В конвективной шахте размещены последовательно (по ходу газов) верхняя часть водяного экономайзера, верхняя часть трубчатого воздухоподогревателя, нижняя часть водяного экономайзера и нижняя часть трубчатого воздухоподогревателя. Экономайзер – стальной, гладкотрубный, змеевиковый, двухступенчатый, с шахматным расположением труб Ду32. Воздухоподогреватель – трубчатый, вертикальный, четырехходовой, с шахматным расположением труб Ду40.

Для очистки радиационных поверхностей нагрева используются обдувочные аппараты ОПР-5. Для очистки конвективных поверхностей нагрева используются обдувочные аппараты ОКП-7. Обдувка поверхностей нагрева осуществляется паром, отбираемым из линии собственных нужд. Топочная камера оборудована шестью газомазутными горелками ГМ-10 с двурядным расположением на фронтальной стене. Производительность каждой горелки (по расчету) 930 кг/час.

Помимо собственно котла, в состав котлоагрегата входят:

• дутьевой вентилятор;
• дымосос;
• запорная и регулирующая арматура с ручным, электрическим и пневматическим приводами;
• трубопроводы пароводяного и топливного трактов.

В котле осуществляется нагрев питательной воды, ее испарение и перегрев образовавшегося пара. Для розжига запально-защитных устройств (ЗЗУ) используется топливный газ, подаваемый по трубопроводу через сепаратор. Для розжига основных горелок № 2 и № 5 используется дизельное топливо, подаваемое по трубопроводу. В качестве топлива основных горелок используется мазут, подаваемый по трубопроводу из трубопровода циркуляции сети НПЗ. В качестве теплоносителя используются продукты сгорания – дымовые газы.

По функциональному признаку автоматизируемая система управления технологическим процессом котлоагрегата БКЗ 75 делится на две подсистемы:

1) распределенной системы управления – части АС, отвечающей за управление технологическими узлами в штатном режиме;

2) системы блокировок и защит – части АС, отвечающей за перевод объектов автоматизации в безопасное состояние при возникновении потенциально аварийной ситуации.

В подсистеме Управления сигналы от датчиков поступают на модули ввода и контроллер Do-more H2-DM1Е для обработки и подачи управляющего воздействия на исполнительные механизмы и агрегаты, управляемые подсистемой, затем по дублированной линии Modbus TCP IP в сервер (с функцией АРМ оператора), где и происходит обработка сигналов для их визуализации.

Основные характеристики контроллеров Do-more:

• 192 k слов общая память;
• 64 k слов память программ flash;
• 128 k слов память пользовательских данных (SRAM с батарейной поддержкой);
• программирование на языке релейной (лестничной) логики;
• часы реального времени/календарь;
• два (H2-DM1) или три (H2-DM1E) встроенных коммуникационных порта:
• порт RS-232 – поддержка программирования, K-sequence slave, MODBUS RTU master/slave и ASCII IN/OUT,
• порт USB – поддержка программирования,
• порт Ethernet (только H2-DM1E) – поддержка программирования, TCP/IP, UDP/IP и Modbus/TCP;
• безударное динамическое редактирование;
• до 2000 PID контуров;
• предустановленная back-up батарея;
• поддержка до 256 локальных вводов/выводов и свыше тысячи удаленных при использовании модулей удаленного расширения Ethernet;
• процессоры Do-more программируются при помощи программного обеспечения Do-more Designer.

В подсистеме Блокировок сигналы от датчиков поступают на дублированные модули ввода, обрабатываются в контроллере Productivity3000 и затем через дублированные модули вывода дискретные сигналы управления поступают на исполнительные механизмы, управляемые подсистемой.

Productivity3000 – семейство программируемых контроллеров автоматизации (PAC), соединяющих в себе преимущества PC-based систем управления и обычных ПЛК. Контроллеры ориентированы на решение задач, требующих больших ресурсов памяти, пропускной способности и распределенных средств ввода/вывода: управление оборудованием и процессом, сбор данных, контроль параметров и другие системы управления.

Контроллеры Do-more H2-DM1Е и Productivity3000 предназначены для построения систем управления технологическими процессами в любых отраслях промышленности в цеховых условиях эксплуатации с различным числом каналов ввода/вывода от десятка до 8000 сигналов.

Ниже представлена структурная схема комплекса технических средств (рис. 1).

Связь между компонентами АС обеспечивается:

• в пределах системы блокировок – по резервированной сети Ethernet по протоколам группы Modbus TCP;
• в пределах системы управления – по резервированной сети Ethernet по протоколам группы Modbus TCP;
• электрическими унифицированными сигналами силы тока 4-20мА, термопар, термометров сопротивления – сигналы датчиков и задания исполнительным механизмам.

Взаимосвязь со смежными системами обеспечивается по сети Ethernet (10/100 Мбит/с) по протоколу Modbus TCP. Информационные потоки АС отражены в схеме (рис. 2).

Иерархический принцип позволяет разделить систему на два относительно независимых уровня. При таком разделении компоненты системы нижнего уровня могут выполнять основные функции сбора, защит и блокировок, автоматического регулирования и управления в автономном режиме, при отсутствии связи с верхним уровнем или неработоспособности серверов и станции оператора.

Сервера могут работать совершенно независимо друг от друга и выполнять свои функции при отказе какой-либо из них.

Связь между подсистемами обеспечивает два резервируемых маршрутизатора от компании Korenix – JetNet 6524G-DC24.

Основные характеристики JetNet 6524GDC24:

• 24-порта 10/100/1000 BaseT с 4-мя комбинированными Gigabit SFP портами 2 10 G штабелирования, CX4 коннекторы, возможность до 8 единиц расширения;
• поддержка IP, VLAN и многоадресной маршрутизации;
• IP роутер поддерживает протоколы RIP v1/v2, OSPF v1/v2;
• поддержка протоколов многоадресной передачи: PIM-DM и PIM-SM, DVMRP, IGMP v1/v2/v3;
• виртуальный избыточный протокол роутера (VRRP);
• 802.1s Multiple Spanning Tree Protocol и 802.1w RSTP;
• поддержка 512 VLANs, GVRP/GMRP, протокола VLAN;
• 802.3ad LACP, до 6 магистральных групп, одноадресное и мультиадресное выравнивание нагрузки;
• поддержка L2 / L3 / L4 ACL;
• IEEE 802.1x порт проверки подлинности, RADIUS и TACACS клиент, SSH, SSL, TLS, порт соединения;
• питание: 24 VDC;
• рабочая температура -40…+65 °C.

Описание JetNet 6524G–DC24

JetNet 6524G-DC24 – 24-портовый гигабитный управляемый Ethernet коммутатор 3-го уровня, предназначенный для монтажа в стойку 19'' и допускающий расширение, оснащен 24 полными гигабитными портами и 4 гигабитными комбинированными SFP портами, обеспечивающими максимальную производительность и гибкость в сетях с большой плотностью трафика, требующих сверхвысокой скорости передачи данных. Разработанный для построения больших промышленных сетей, JetNet 6524G-DC24 позволяет осуществлять связь между различными VLAN сегментами из центра управления и поддерживать функции QoS.

Благодаря возможности расширения, защищенному кабелю и двойной 10 G объединительной платы пользователи могут легко построить систему из нескольких JetNet 6524G-DC24 (используя соединение в стек до 8 устройств), управляемую по одному IP адресу, и расширить объем гигабитных портов до 192 без необходимости смены оборудования.

Единичный JetNet 6524G-DC24 коммутатор с таблицей IP переадресации дает пользователю возможность конфигурировать несколько IP подсетей, предоставляя им физический интерфейс.

Korenix JetNet 6524G-DC24, в дополнение к IP и VLAN маршрутизации, имеет возможности широковещательной маршрутизации, протокол которой позволяет направлять широковещательный трафик, такой как видео или поток информации от промышленных устройств через различные подсети.

Для достижения высокой надежности JetNet 6524G-DC24 поддерживает VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol) протокол, позволяющий хосту продолжать посылать прямой трафик на шлюз по умолчанию без изменения конфигурации шлюза.

Для АСУ ТП котлоагрегата предусмотрены следующие режимы функционирования:

• пусковой режим функционирования;
• нормальный режим функционирования;
• аварийный режим функционирования.

Пусковой режим функционирования начинается с момента подачи питания в систему и заканчивается ее автоматическим тестированием. Нормальный режим функционирования начинается сообщением об окончании тестирования системы и отсутствии неисправностей, заканчивается – подачей питания для системы в целом. Нормальный режим работы системы должен обеспечить непрерывную круглосуточную работу котлоагрегата. Аварийный режим функционирования начинается с момента обнаружения отказа в системе, заканчивается моментом устранения отказа.

Функции серверов SCADA системы управления АСУ ТП, построенной на базе StruxureWare SCADA Expert ClearSCADA:

• сбор в масштабе реального времени текущих значений измеряемых и контролируемых параметров работы КА, поступающих от системы управления Do-more H2-DM1Е (рис. 3);

• прием команд управления ИМ, поступающих от АРМ оператора и последующая передача команд управления в Do-more H2-DM1Е;

• архивирование данных реального времени на жесткий диск и сменные носители;

• обеспечение целостности и резервирование архивных данных;

• чтение и выборка данных;

• автоматическое восстановление данных после сбоя и их синхронизация с системой управления Do-more H2-DM1Е;

• статистическая обработка архивных данных;

• управление архивированием в реальном времени;

• импорт/экспорт данных из СУБД SQL в любую реляционную СУБД, поддерживающую SQL-запросы;

• синхронизация системного времени всех компонентов АСУ БКЗ по активному серверу управления;

• защита информации от несанкционированного доступа;

• предоставление информации о состоянии системы блокировок и защит.

StruxureWare SCADA Expert ClearSCADA это новейшее программное обеспечение для создания SCADA-систем от компании Schneider Electric, полностью русифицировано специалистами компании ООО “ПЛКСистемы”. StruxureWare SCADA Expert ClearSCADA может применяться во многих отраслях промышленности: нефтегазовой, энергетике, ЖКХ. Открытая платформа построена на архитектуре клиент/сервер. В пакете используются промышленные стандарты такие, как ОРС, OLE, ODBC, HTTP/XML и открытые протоколы связи такие, как Modbus RTU/ASCII, DNP3, Siemens S7 и др., поддержка сторонних OPC-клиентов и драйверов. Полнофункциональный клиент, предоставляющий отчеты, тренды, доступ в базу данных, OPC-навигацию, управление сообщениями, “алармами”, совмещенного со средой разработки, где для построения архитектуры проекта, объектов используются шаблоны различных элементов, средств связи и сигнализации, готовые подсистемы нефтегазовой промышленности, водоснабжения, водоотведения, электроснабжения и энергетики.

Внедрение АСУ ТП любого котлоагрегата средней мощности на оборудовании, рекомендуемом компанией ООО “ПЛКСистемы”, позволяет сократить поломки, простои на ремонт, отладить и оптимизировать технологический процесс, что принесет значительную прибыль при коротком периоде окупаемости внедрения данной системы.

Статья опубликована в журнале "Автоматизация и IT в энергетике", 2013 №6

Скачать