Автоматизация угольной котельной
Автоматизация угольной котельной:
комплексный подход Принципы и основные технические решения, использованные при
создании АСУ ТП котельной «Центральная» обогатительной фабрики ЗАО «Черниговец»
Сотрудничество Научно-производственного объединения «Мир» (г. Омск) и одного из
крупнейших угледобывающих предприятий России – ЗАО «Черниговец» (г. Березовский,
Кемеровской обл.)
имеет продолжительную историю. На первом этапе была создана автоматизированная
система диспетчерского управления объектами энергоснабжения и технического
учета электроэнергии и мощности (АСДУ/АСТУЭ) НПО «Мир», признанная региональным
конкурсом инновацией и изобретением 2004 года.
Следующим совместным проектом стала АСУ ТП котельной. Заказчик, принявший
решение о строительстве новой котельной или модернизации системы управления
существующей котельной, традиционно сталкивается с необходимостью решения
нескольких проблем:
• во-первых, это выбор исполнителей - проектной организации, разработчика и
поставщика системы управления, монтажной и наладочной организации, и затем
организация их согласованной работы;
• во-вторых, выбирая ту или иную систему автоматики котлов, заказчик
заинтересован в том, чтобы автоматика котлов и общекотельного оборудования была
выполнена на однотипных технических средствах;
• в-третьих, заказчик должен решить вопросы эксплуатации новой системы
управления: обучения персонала, технической поддержки со стороны разработчика
системы, обеспечения запасными частями и материалами.
С подобными проблемами столкнулось и ЗАО «Черниговец», приняв решение о
реконструкции системы управления котельной Центральной обогатительной фабрики.
Создание АСУ ТП котельной было обусловлено необходимостью:
• экономии топлива и электроэнергии при производстве тепла, что обусловлено в
основном ростом цен на энергоносители;
• сокращения затрат на эксплуатацию котельных;
• реконструкции технологического оборудования в связи с физическим износом;
• снижения выбросов в атмосферу по требованию экологических организаций;
• повышения безопасности эксплуатации энергетических объектов в связи с
ужесточением требований надзорных организаций.
При этом заказчик хотел видеть реконструированную котельную не только
экономичной и безопасной, но и удобной с точки зрения управления. Под удобством
управления понималась возможность непрерывного контроля технологических
параметров, управления режимами горения в автоматическом режиме, исключение
«человеческого фактора».
Практически сразу выяснилось, что автоматизацией угольных котельных занимается
ограниченное количество фирм, что обусловлено техническими трудностями при
автоматизации разнообразных механических приводов, использующихся в котельной.
В результате проведенного анализа фирм-претендентов, способных качественно
выполнить поставленные задачи, было выбрано Научно-производственное объединение
«Мир», выполняющее работы «под ключ», освобождая тем самым заказчика от
организационно-технических функций в несвойственных ему областях. Система
построена на базе ПТК «Торнадо» и обеспечивает управление не только котлами, но
и общекотельным оборудованием.
В связи со значительной изношенностью парка датчиков и исполнительных
механизмов, требовалась их замена и модернизация.
В ходе реализации проекта заказчиком было принято решение о реконструкции
энергохозяйства, поскольку оборудование, используемое в распределительных
пунктах, выработало свой ресурс и не позволяло построить надежную систему.
Специалисты ЗАО «Черниговец» и НПО «Мир» нашли решения по модернизации
пневмомеханических забрасывателей с применением частотнорегулируемого
электропривода, что позволило точно регулировать подачу топлива. Силами
заказчика было построено помещение операторной и отремонтировано помещение РП,
произведен монтаж датчиков, запорной арматуры, врезаны расходомеры пара и воды,
изготовлены и смонтированы стенды приборов.
Котельная Центральной обогатительной фабрики ЗАО «Черниговец» является источником
отопления промышленной площадки и производственных помещений фабрики. В
качестве топлива применяется каменный уголь фракций 0?25мм. В котельной
установлены 3 паровых котла типа ДКВР-20-13 с механическими топками ТЧЗМ
2, 7/5, 6. Расчетный КПД котлоагрегата – 83, 6%. Тип привода решетки – ПТБ-1200.
Пневмозабрасыватель – ЗП-600М2.
Комплекс технических средств установленной системы имеет многоуровневую
распределенную структуру.
На «полевом» уровне использованы датчики с унифицированным сигналом 4-20 мА (Метран),
термопреобразователи сопротивления ТСП100, дискретные датчики, газоанализаторы
АДГ 304, исполнительные механизмы регуляторов, электроприводы задвижек и
механизмов собственных нужд. К данному уровню относятся и 15 шт. устройств
частотно-регулируемого электропривода (Siemens), управляемые автоматически от
контроллеров нижнего уровня.
Нижний уровень - это контроллеры функциональных узлов (котлов и общекотельного
оборудования).
Контроллеры функциональных узлов представляют собой шкафы с контроллерами, источниками
резервного питания, коммутационной аппаратурой и блоками полевых интерфейсов
для подключения полевого оборудования. Всего применено 5 шкафов контроллеров, 3
шт. – на котлы и 2 шт. – на общекотельное оборудование.
Контроллеры функциональных узлов предназначены для контроля и управления
оборудованием котла и обмена информацией с АРМ-оператора.
Каждый шкаф контроллера функционального узла содержит:
• программируемый контроллер (MIC 860, модули ввода/вывода);
• блоки полевых интерфейсов;
• коммутационную аппаратуру;
• источник бесперебойного питания.
Программное обеспечение:
• Операционная система реального времени OS9 (Microware);
• Прикладное ПО ISaGRAF (AlterSys) в стандарте IEC 61131-3.
Контроллер функциональных узлов смонтирован в металлическом шкафу (габариты
1200х1000х300 мм) и выполняет следующие основные функции:
• автоматический останов котла (штатный);
• автоматический останов котла (аварийный);
• автоматическое регулирование технологических параметров котла;
• технологические защиты и блокировки.
Сетевой уровень представлен промышленным концентратором D-Link DES-1016 D, в
качестве шлюза в локальную сеть предприятия использован коммутатор PIX 501
(Cisco Systems). Верхний уровень включает в себя:
– дублированный АРМ-оператора, посредством которого производятся контроль и
управление работой котельной;
– АРМ-инженера, предназначено для доступа инженера к прикладному программному
обеспечению, его модернизации или корректировке;
– Сервер баз данных на базе Microsoft SQL Server 8 , для организации системы
архивирования.
Функции, выполняемые АРМ-оператора:
• визуализация технологического процесса и состояния оборудования;
• сигнализация при возникновении аварийных ситуаций и событий, требующих
внимания оператора, например превышение параметром уставок, выход датчика из
строя, поломка механизма;
• отображение диагностической информации о работе самой системы (контроллеров,
наличие питания ПТК);
• ведение протокола истории переключений, аварий исполнительных механизмов;
• отображение графиков реального времени, а также ретроспективы (исторических
графиков);
• управление технологическим оборудованием (насосами, задвижками,
регуляторами);
• организация доступа персонала к функциям АРМ по приоритету.
АРМ-оператора представляет собой компьютер с установленным пакетом
операторского интерфейса In Touch (Wonderware, США).
АРМ-оператора обменивается с контроллерами функциональных узлов с помощью сети
Ethernet. Для этого в состав системы включен промышленный концентратор D-Link
DES-1016 D, в качестве шлюза в локальную сеть предприятия использован
коммутатор PIX 501 (Cisco Systems).
Для хранения информации использован сервер баз данных, хранящий
конфигурационную и историческую базу. Для печати отчетов и сводок в комплект
инженерной станции входит лазерный принтер.
Программное обеспечение АРМ-оператора включает в себя: ОС, базовое ПО,
прикладное ПО.
Операционная система установленная на АРМ-оператора, Windows XP Professional. В
качестве среды визуализации используется Wonderware InTouch (США).
Функции, выполняемые АРМ-инженера:
• изменение уставок, технологических настроек блоков управления нижнего уровня
(время хода исполнительного механизма, время включения насоса, настроек
ПИД-регуляторов и т.п.);
• изменение технологических программ и загрузка в контроллеры (на АРМ инженера
установлено программное обеспечение ISaGRAF, позволяющее вносить изменения в
технологические программы, предоставляет возможность расширения системы);
• просмотр и распечатка на принтере архивных данных с сервера баз данных в виде
графиков за период, для конкретного параметра, отчетов состояния оборудования,
отчетов о регистрации отклонения параметров, истории переключения, отчетов ТЭП
(на АРМ-инженера установлены клиентские приложения, связанные с сервером БД).
Операционная система, установленная на АРМ-инженера Windows XP Professional.
Функции, выполняемые сервером баз данных:
• архивирование и хранение данных;
• периодическое усреднение данных по аналоговым параметрам;
• периодическое создание резервных копий исторической и конфигурационной баз данных.
Операционная система, установленная на компьютере сервера баз данных, Windows
2003 SE. Базы данных размещены на Microsoft SQL Server v8.0.
Связь рабочих станций верхнего уровня управления АСУТП с нижним уровнем
управления осуществляется через сеть Ethernet.
Также предусмотрена возможность связи локальной сети АСУ ТП с локальной сетью
предприятия через аппаратный сетевой экран CISCO.
В результате внедрения системы заказчик получил объект, отвечающий самым
современным требованям и принципиально превосходящий по основным параметрам
котельные с традиционной автоматикой Окупаемость Как ожидается, АСУ ТП
котельной ЗАО «Черниговец» окупится через 3 года эксплуатации (см. график).
Основные статьи окупаемости системы, которые могут быть достоверно оценены, следующие:
1. Снижение расхода топлива в среднем на 20% за счет использования новых
алгоритмов цифрового управления с выходом на оптимальный режим в минимальное
время.
2. Снижение потребления электроэнергии до 25% (эта величина зависит от нагрузки
котла) за счет внедрения частотного регулирования двигателей тягодутьевых
агрегатов. Это решение позволяет сократить расход топлива за счет оптимизации
режима горения.
3. Снижение потребления воды за счет сокращения потерь и расходов на
собственные нужды (35%).
4. Сокращение затрат на ремонт путем предотвращения аварий и увеличение
межремонтного интервала при постоянном контроле и управлении технологическим
процессом.
Дополнительные статьи окупаемости, носящие вероятностный или косвенный
характер:
1. Повышение надежности и безаварийности работы технологического оборудования,
снижение вероятности производственного травматизма, улучшение условий труда
персонала, формирование более высокого уровня производственной культуры.
2. Повышение качества управления котельной посредством информации высокой
степени достоверности и оперативности, как следствие – правильность принимаемых
решений в штатном режиме функционирования котельной и в аварийных ситуациях.
Возможность ежедневного контроля со стороны руководства повышает ответственность
операторов за своевременность и правильность принятия решений.
Внедренная АСУ ТП создает значительный потенциал дальнейшего развития котельной
ЗАО «Черниговец».
Наиболее существенный эффект принесет работа по следующим направлениям:
1. Перевод котельной на водно-угольное топливо (ВУТ). Основные достоинства ВУТ
заключаются в его дешевизне (ВУТ производится из шлама, воды и отходов
угольного производства). Сокращение отходов угольного производства повышает его
экологичность.
Наличие АСУ ТП делает возможным переход на ВУТ, не связанный со значительными
затратами на модернизацию котельной автоматики.
2. Объединение АСУ ТП котельной и других локальных АСУ ТП в единый комплекс с
целью создания АСУ предприятия.
Таким образом, внедрение АСУ ТП котельной явилось необходимым и экономически
оправданным мероприятием, открывающим широкие возможности для дальнейшего
снижения эксплуатационных затрат, удешевления тепловой энергии и превращающим
обычную котельную в современное эффективное производство.
Качество Особое отношение в НПО «Мир» к качеству. Его высокий уровень
подтвержден сертификатом соответствия системы менеджмента качества стандарту
ИСО 9001:2000. В области качества НПО «Мир» берет все лучшее, что было создано
в России и СССР, внимательно изучает и применяет опыт западных стран и Японии.
Помимо системы менеджмента качества ИСО 9001:2000 на предприятии действуют
система контрольных точек и система качества «Кристалл», нацеленные на
повышение личной эффективности каждого сотрудника; Единый стиль производственного
поведе ния, формализующий способ реагирования подразделений и отдельных
сотрудников предприятия на те или иные ситуации, возникающие в работе
предприятия, что позволяет значительно сократить количество ошибок персонала.
В сравнении с 2002 г.,
когда систематическая работа над качеством только началась, количество отказов
изделий при проверках уменьшилось в 10 раз, а количество возвратов изделий от
заказчика – в 120 раз.
Гарантийные обязательства, сервис, модернизация Работа с проектом, предлагаемым
НПО «Мир», не заканчивается после сдачи системы в промышленную эксплуатацию.
НПО «Мир» предлагает заказчикам данную работу продолжить и далее. В адрес
каждого заказчика ежегодно направляется более 10 предложений о модернизации
работающих систем с маркой «Мир». После чего заключаются договоры на
модернизацию оборудования.
НПО «Мир» осуществляет весь комплекс услуг по эксплуатации, гарантийному и
послегарантийному обслуживанию, ремонту и модернизации оборудования.
НПО «Мир» вкладывает значительные средства в сервис и обслуживание поставляемых
в разные отрасли индустрии приборов и систем. Удобство использования и
эксплуатации систем в сочетании с развитой концепцией технической поддержки
гарантирует заказчику уверенность и спокойствие. Обладая развитой сетью сервисных
центров и представительств, мы всегда стремимся быть рядом с заказчиком, чтобы
максимально оперативно реагировать на его потребности.
Для решения неотложных вопросов и технических консультаций открыта линия
оперативной технической поддержки. Любой интересующий заказчика вопрос будет
рассмотрен, и в течение суток на него будет дан ответ. Функционирует уникальная
система оперативного сервиса, позволяющая в реальном времени отслеживать
состояние системы и энергообъектов заказчика и принимать меры в случае
нештатных ситуаций.
Посетители также читают:
ПРИМЕРЫ ВНЕДРЕНИЙ АСУТП НА БАЗЕ УСТРОЙСТВ УДАЛЕННОГО ВВОДА-ВЫВОДА MIRAGE