Сравнительный анализ основных функций рассматриваемых шкафов автоматики
Данные табл. 1 показывают, что уровень автоматизации, обеспечиваемый шкафами автоматики, достаточно высок. Автоматическая защита оборудования выполняется в соответствии с [1, п. 5.9.10], [2, п. 15], [3, п. 9.4]. Реализация защиты является либо программной (заложенной в алгоритме контроллера), либо реализованной на релейной логике (СПЭ, ЩАК). Согласно [2] осуществляется запоминание первопричины аварийного останова котла.
Следует отметить, что в шкафах МЗТА, ПромАвто и Теплоком реализована проверка срабатывания защит в рабочем режиме (согласно требованиям п. 5.7.10 [1]). Кроме того, в соответствии с правилами одновременно заблокировать для проверки можно только одну защиту из списка п. 8.6.9 [1]. Проверка срабатывания устройств защиты, блокировок и сигнализации должна проводиться не реже 1 раза в месяц, если другие сроки не предусмотрены заводом-изготовителем.
Во всех шкафах при работе на газе выполняется автоматическая проверка герметичности предохранительного запорного клапана (ПЗК) перед каждым розжигом котла (согласно п. 5.9.8 [1]). Хотя такая проверка обязательна только для горелок мощностью выше 1,2 МВт [1], современной тенденцией является ее осуществление для всех горелок, что заметно повышает безопасность газоиспользующего оборудования. При этом возможность автоматической проверки герметичности ПЗК для различных схем газового тракта оказывается очень удобной и позволяет адаптировать шкаф автоматики практически под любое конкретное газовое оборудование. Например, очень популярным является алгоритм опрессовки фирмы «Амакс» - одного из монополистов в производстве газового оборудования для паровых и водогрейных котлов различных типов.
Процесс пуска и останова котла в значительной мере или полностью автоматизирован. В шкафах МЗТА, Теплоком и ПромАвто выполняется плавный прогрев котла после розжига. В шкаф МЗТА задание регулятору нагрузки во время прогрева повышается (от значения давления пара в момент включения регулятора до рабочего значения) с определенной скоростью для того, чтобы не допустить резкого изменения нагрузки котла. Скорость изменения задания уточняется при наладке.
В шкафу Теплоком это достигается плавным переходом газового клапана из растопочного положения в положение прогрева (время хода задается наладчиком).
В шкафу ПромАвто основной задатчик регулятора нагрузки - «плавающий». Он осуществляет плавное замедление прогрева, при котором опорное задание регулятора изменяется медленно и не вызывает значительного изменения мощности горелок при ступенчатом изменении задания давления. Особенно эффективно такое замедление при розжиге и выводе котла на номинальную нагрузку, так как прогрев будет производиться с заданной скоростью.
Во всех шкафах предусмотрено автоматическое ПИД-регулирование основных технологических параметров. В шкафах МЗТА, Агава и ПромАвто заложена нозможность реализации трехимпульсной схемы авто-м:н и чес кого регулирования давления пара по сигналам «Давление пара», «Расход газа», «Расход пара».
Такая схема используется для повышения скорости реакции регулятора на быстрые изменения параметров системы стоматического регулирования. Например, при резком увеличении расхода пара в паропроводе газового котла, сопровождающемся падением давления пара в барабане, необходимо быстро восстановить значение последнего с помощью увеличения расхода газа, пода-виемш'о к горелке. В этом случае сигнал обратной свя-ii!, пропорциональный давлению пара, является основным параметром, а сигнал, пропорциональный расходу пара, - корректирующим воздействием. Однако реализация этой схемы повышает стоимость автоматики, и обычно ее использует для котлов большой мощности (например, ДЕ-25).
В схеме ПромАвто регулятор уровня воды в барабане паровою котла представляет собой также трехим-нуш.енын регулятор по сигналам «Уровень воды», «Расход воды», «Расход пара»,
В некоторых шкафах автоматики (МЗТА, Агава, ПромАвто) применены передовые технологии управления: возможность частотного регулирования дымососом и вентилятором, коррекция для регулятора соотношения топливо - воздух по содержанию кислорода в уходящих газах.
Частотное управление дымососом существенно повышает качество регулировании. Обычно требуется поддерживать малое задание по разрежению (например. - 30 Па) с большой точностью (± 5 Па). Если нет частотного регулирования, то возможна такая ситуация, когда дымосос работает на полную мощность, а cm направляющий аппарат (НАД) почти полностью закрыт, чтобы обеспечить малое разрежение. При этом происходит значительный перерасход электроэнергии.
Так как расходная характеристика НАД существенно нелинейная, то качество регулирования разрежения невысоко и часто невозможно отработать резкие возмущения (таким возмущением может быть порыв ветра снаружи, который резко меняет давление в дымовой трубе и изменяет текущее разрежение в топке). Применение частотного управления позволяет отказаться от использования НАД, существенно улучшить качество регулирования разрежения и значительно сократить потребление энергии дымососом.
При частотном управлении вентилятором также улучшается качество работы регулятора соотношения газ - воздух (при этом достигается оптимальный режим работы горелки котла) и снижается энергопотребление. На горелках с частотным регулированием скорость вращения двигателя снижается в зависимости от уменьшения мощности горелки. Частота вращения вентилятора определяет требуемый расход воздуха.
При нагрузке меньше 90 % на горелке снижаются шумовые эмиссии и потребление электроэнергии. Особенно ощутим выигрыш частотного регулирования на горелках большой мощности и в отопительных котельных, где постоянно наблюдаются значительные изменения тепловой нагрузки.
Коррекция задания регулятору соотношения топливо - воздух по содержанию кислорода в уходящих газах позволяет избежать влияния негативных факторов на качество сжигания топлива; изменения температуры воздуха, подаваемого на сжигание, колебаний атмосферного давления, давления газа и давления в камере сгорания. Предельные значения содержания О2 в отходящих газах по некоторым оценкам можно снизить примерно до 2 %, в результате чего во всем диапазоне мощности котла можно увеличить тепловой КПД на 1,5...2,5 %.
Многие производители шкафов применяют, как видно из табл. 1, конфигурируемые контроллеры, специально разработанные для задач автоматизации котельных, а не свободно программируемые, Такой подход имеет свои достоинства и недостатки. Конфигуриуемые контроллеры, как правило, дешевле, чем свободно программируемые. С другой стороны, их настройка для конкретного котла непроста, так как они спроектированы для автоматизации котлов широкой номенклатуры. В результате система их меню весьма обширна и для конкретного котла избыточна. Приходится вручную настраивать более сотни параметров меню контроллера, что является трудоемкой задачей (решить которую может только высококвалифицированный наладчик) и увеличивает вероятность ошибок.
Свободно же программируемые контроллеры в составе шкафа автоматики поставляются уже с алгоритмом, разработанным для данного объекта. При этом число параметров настройки заметно сокращается.
Системы диспетчеризации котельных
Система диспетчеризации расширяет возможности и повышает удобство эксплуатации системы управления котлом или всей котельной. Обычно функциональность системы диспетчеризации конкретной котельной во многом определяется требованиями заказчика, сформулированными в техническом задании. В целом система диспетчеризации для котельных должна удовлетворять типовым требованиям к SCADA-системам:
обеспечивать аварийную и предупредительную сигнализацию,
регистрацию необходимых параметров,
предоставление текущей и архивной информации о состоянии оборудования и параметрах технологического процесса,
распечатку отчетов (за смену, сутки, месяц) и графиков,
визуализацию технологического процесса и параметров оборудования в цифровом и графическом виде,
ведение архивов параметров и событий.
Кроме того, для котельных без постоянного обслуживающего персонала важной функцией является возможность дистанционного управления котельной и отображения выполняемого этапа работы (пуск, останов, нормальная работа и др.).
