АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ КОТЛОАГРЕГАТОМ С КИПЯЩЕМ СЛОЕМ НЕБОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ (ДО 5МВТ) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТРОЛЛЕРА SIMATICS7-300

Внедрение систем автоматизированного управления водогрейными котлами, построенных на основе программируемых контроллеров, позволяет автоматизировать процесс производства тепловой энергии в котлах и значительно упростить контроль и управление этим процессом. Применение такой системы повышает эффективность функционирования котлоагрегата за счет снижения потребления энергоресурсов, рационального сжигания топлива, использования технологического оборудования, оперативного управления оборудованием и технологическим процессом. Кроме того, внедрение таких систем позволяет снизить влияние человеческого фактора в производственном процессе и вероятность возникновения аварийных режимов функционирования котла [1].

В настоящее время процесс поддержания температуры на выходе из котла осуществляется следующим образом. Уголь с расходного бункера пневмомеханическим забрасывателем забрасывается в автоматическом режиме в топку котла в течение 3-х минут. После чего, оператор котлоагрегата, со щита управления находящимся в операторском пункте, останавливает дутьевой вентилятор, подходит к котлу и, открыв дверцу топки, при помощи шуровки разравнивает уголь. Затем, закрыв дверцу топки, возвращается в операторский пункт и запускает дутьевой вентилятор. Датчик температуры воды, находящийся в трубопроводе за котлом, формирует сигнал управления частотному преобразователю (ЧП), управляющему дутьевым вентилятором.  При температуре воды ниже заданного значения, ЧП получает сигнал на увеличение числа оборотов электропривода дутьевого вентилятора. При температуре воды выше заданного значения, ЧП получает сигнал на уменьшение числа оборотов электропривода дутьевого вентилятора. Через час процесс повторяется. Оператор котельной один раз в час проходит по котельной и записывает в журнал показания всех приборов.

Наиболее уязвимыми местами данного процесса являются:

1. Наличие только световой сигнализации о работе ПМЗ. В следствии чего, возникает вероятность того, что оператор может отсутствовать в операторском пункте или возле котла иможет не увидеть, что ПМЗ отработал положенное время, вследствие чего, нарушается технология горения угля;
2. Использование ручного управления электроприводом дутьевого вентилятора в процессе загрузки угля в топку. При работе таким методом, есть вероятность получить ожоглица и вероятность попадания горячих частиц в глаза, если оператор перед тем, как открыть дверцу топки котла не убавит скорость вращения дутьевого вентилятора.
3. «Псевдоавтоматический» режим управления электроприводом дутьевого вентилятора ЧП, работа которого может осуществляться двумя способами:
   • Автоматический режим управления: настраивается единожды при вводе котельной в эксплуатацию под определенные параметры, которые были актуальны при проведении пуско-наладочных работ, то есть не учитываются такие изменяющиеся параметры как: сезон, влажность угля, влажность воздуха, поставка угля определенного качества, отсутствие камней и т.д.
   • Ручной режим управления: задаётся оператором с панели управления расположенной на фасаде ЧП путем изменения скорости вращения дутьевого вентилятора. Так как ЧП располагается в щитовой, а оператор котельной не имеет группы допуска по электробезопасности, оператор не имеет права заходить в щитовую, в которой находится ЧП. Также частое ручное управление обуславливается субъективным мнением оператора о корректировке регулирования параметров. При недостаточной квалификации оператора есть вероятность избыточного или недостаточного регулирования. При ручном режиме управления отсутствует учет инертности системы.
4. Отсутствие постоянного автоматического мониторинга процессов, протекающих в котельной,в связи с чем оператор котельной должен совершать обход раз в час. Возникает вероятность возникновения ошибки по вине человеческого фактора, а именно:

• Нарушение графика визуального осмотра датчиков и механизмов;
• Выход параметров за заданные пределы,в следствии чего оператор вынужден самостоятельно принимать решения и предпринимать соответствующие действия.

5. Отсутствие автоматизированной системы сбора и хранения информации – на данный момент показания с датчиков записываются оператором в журнал вручную. Из чего могут появиться следующие ошибки:

• Не систематически ведется журнал записей данных с датчиков;
• В ночную смену не совершается плановый обход, что часто приводит к выходу из строя котельного оборудования;
• Невозможно выяснить причину возникновения аварийной ситуации, так как в записях могут быть неточности, недостоверная информация.

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что ошибочные действия человека являются наиболее частыми причинами аварий и не эффективной работы котельной.

Предлагаемый технологический процесс

Для решения выше перечисленных проблем требуется (рис.1):

• Установить концевой датчик положения дверцы топки;
• Установить контроллер;
• Завести сигналы с датчиков в контроллер:
  • Температуры воды на выходе из котла;
  • Температуры наружного воздуха;
  • Уровня воды в баке-аккумуляторе;
  • Положения дверцы топки (открыта/закрыта).
• Завести в базу данных контроллера график зависимости температуры воды на выходе из котла от температуры наружного воздуха.
• Управлять ЧП в зависимости от полученных данных (сигналов, заведенных в контроллер (переход к алгоритму);
• Организовать автоматическую передачу данных с контроллера в базу (автоматический сбор данных в базу).
• Организовать автоматизированное рабочее место оператора:
  • Установить программу Step 7;
  • Установить программу TIAportal(для отображения текущего состояния уровня воды в баке-аккумуляторе).
• Разработать алгоритм работы контроллера для автоматического регулирования температуры воды на выходе из котла.
• Разработать программный модуль передачи данных и отображения на мониторев виде мнемосхемы уровня воды в баке-аккумуляторе.

Вследствие автоматизации системы может возникнуть проблема прекращения записи данных с датчиков в базу данных. Возможны следующие ошибки:

• Долговременная потеря сигнала с датчика (выход датчиков из строя). В случае отсутствия сигнала с датчика, при выводе графика данных с системы, мы получим статическую прямую;

Рисунок 1. Моделирование предлагаемого процесса

Список литературы:

1. ГОСТ Р МЭК 61131-1-2016 Контроллеры программируемые. Часть 1. Общая информация. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.asu-tp.org/index.php?id=399&Itemid=1&option=com_content&task =view (дата обращения 4.06.2017)