Проектирование тепловых электрических станций

2.3.1 АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ КОТЛА ТГМП-204

Регулятор топлива

Регулятор топлива предназначен:

- для поддержания заданного давления газа перед горелками в растопочном режиме;

- для поддержания расхода топлива на котел в соответствии с заданной электрической мощностью.

При регулировании расхода топлива возможны 4 режима работы регулятора в зависимости от вида сжигаемого топлива:

1. В режиме "газ" регулятор получает только сигнал по расходу газа и сигнал задания от РМК и воздействует только на регулирующий клапан газовой магистрали.



Рис. 2.1. Структурная схема регулятора топлива при работе в режиме "газ".

2. В режиме "газ-мазут" основным топливом является газ и регулятор получает сигналы по расходу газа, мазута и сигнал задания от регулятора мощности котла (РМК).

При использовании воздействия только на клапан газовой магистрали (рис. 3.5.а.) регулятор отслеживает не только сигнал задания от регулятора мощности котла, но и сигнал по расходу мазута (например при изменении давления или расхода дистанционно), чтобы компенсировать его расходом газа.

Рис. 2.2. Структурная схема регулятора топлива при работе в режиме "газ-мазут".

При использовании воздействия на клапаны и газовой и мазутной магистралей (рис. 3.5.6.) регулятор воздействует сразу на оба клапана в зависимости от сигнала задания от РМК; причем воздействие на изменение расходов газа и мазута будет одинаково в процентном отношении от первоначального расхода.

3. В режиме "мазут-газ" основным топливом является мазут - его расход больше, чем расход газа (в энергетическом эквиваленте). Регулирование происходит так же, как и в режиме "газ-мазут", только основным регулирующим клапаном будет мазутный.

Рис. 2.3. Структурная схема регулятора топлива при работе в режиме "мазут-газ".

4. В режиме "мазут" регулятор получает сигнал только по расходу мазута и сигнал задания от РМК и воздействует только на регулирующий клапан мазутной магистрали.



Рис. 2.4. Структурная схема регулятора топлива при работе в режиме "мазут".

Воздействие регулятора на клапан, регулирующий расход газа и мазута отключается при:

- возникновении больших >±10% рассогласований на регуляторе;

- выходе из строя датчиков расхода, давления газа и потере сигнала от РМК (выход за пределы показаний 20-110%).

Воздействие регулятора на клапан газовой магистрали в сторону "меньше" отключается при давлении газа перед горелками < 0.18 кГс/см².

Воздействие регулятора на клапан мазутной магистрали в сторону "меньше" отключается при давлении мазута перед форсунками < 10 кГс/см².

При возникновении больших рассогласований на регуляторе по расходу газа или мазута на БЩУ подаются светозвуковые сигналы

"Рассогласование" и "Отказ регулятора", а регулятор полностью отключается.

В этом случае следует снять с "автомата" регуляторы топлива и связанные с ним регуляторы соотношения "топливо-вода" и регулятор общего воздуха до устранения причин, вызвавших появление сигналов.

Регулятор питания

Возможно два режима работы регулятора питания: режим стабилизации расхода питательной воды на котел и режим поддержания соотношения «топливо-вода» [15].

В режиме стабилизации расхода питательной воды на котел регулятор обеспечивает:

- поддержание расходов питательной воды на котел в соответствии с заданием от 50 до 100% нагрузки блока при работе га ПТН;

- поддержание давления питательной воды в напорной магистрали ПТН при номинальных параметрах работы блока;

- поддержание перепада давлений на котле при работе блока на скользящих параметрах;

- выравнивание расходов воды по ниткам.

Регулятор воздействует на исполнительные механизмы РК ПТН и РПК ниток А и Б котла.

Регулятор получает сигналы по расходу питательной воды по каждой нитке котла, по давлению питательной воды в напорной магистрали ПТН, подавлению перед турбиной, сигнал задания расхода воды на котел от задатчика, сигнал задания перекоса расходов по ниткам и сигнал по разности температур перед впрыском I.

Рис. 2.5. Структурная схема регулятора питания при работе в режиме стабилизации расхода питательной воды при СКД (а.) и СКП(б).

Регулятор включается в работу по поддержанию заданного расхода питательной воды с воздействием на РК ПТН и РПК-А. Переключение воздействия регулятора с ПТН на РПК и наоборот производится в соответствии с заданием по давлению в напорной магистрали.

При равенстве заданного и истинного давления - все управление подключено к РК ПТН. При давлении, большем заданного, цепь "больше" регулятора подключается к РПК-А а цепь "меньше" остается на РК ПТН.

При давлении меньше заданного цепь "меньше" подключается к РПК- А, а цепь "больше"- на ПТН.

Отсюда видно, что изменение задания по давлению в напорной магистрали не приводит к непосредственному изменению давления.

Изменение давления в этом случае будет происходить за счет отработки регулятора расхода при изменении задания по расходу или за счет случайных отработок регулятора расхода в стабильном режиме.

При полном открытии РПК-А по указателю положения 90% все управление регулятора расхода подключается только к РК ПТН и дальнейшее увеличение расхода воды будет происходить только за счет увеличения расхода пара к приводной турбине ПТН и, соответственно, увеличения давления на напоре ПТН.

Воздействие регулятора на РПК-Б происходит в соответствии с изменением расхода питательной воды по нитке А, т.е. регулятор расхода нитки Б отслеживает расход по нитке А.

Для устранения перекосов расходов воды по ниткам А и Б служит Задатчик на БУ-12 при нахождении БУ-12 в "ручном" режиме.

Задатчик сфазирован по нитке Б.

При переводе БУ-12 в автоматический режим задатчик перекосов расходов воды по ниткам отключается, а на стабилизатор поступает сигнал корректора перекоса температур по ниткам А и Б до I впрыска. С этого момента регулирование перекоса расхода воды по ниткам происходит автоматически, в зависимости от перекоса температур Задание по разности температур устанавливается задатчиком перекоса температур по ниткам, с воздействием на регулятор расхода по нитке Б.

При снятии с "автомата" РПК-А или РПК-А и Б регулятор поддерживает только расход питательной воды на котел воздействием на РК ПТН. Давление на напоре при этом автоматически не поддерживается.

При снятии с "автомата" РК ПТН регулятор поддерживает только давление на напоре ПТН, существовавшее на момент переключения РК ПТН, воздействием на РПК-А, а РПК-Б отслеживает РПК-А по расходу. Снятие с "автомата" РПК-Б не влечет за собой изменений в алгоритме работы регулятора.

Воздействие регулятора-стабилизатора на РК ПТН и РПК-А, Б отключается:

- при выходе показаний датчиков расхода и задатчика расхода за рабочий диапазон 20-110% для расхода и за 5-110% для задатчика;

- при возникновении рассогласования на регуляторе > + 10% отключается цепь "больше") и < - 10% (отключается цепь "меньше");

- при достижении расхода < 300 т/час на котел (отключается цепь "меньше").

При работе регулятора питания в режиме скользящего давления поддерживается не давления питательной воды на напоре ПТН, а перепад давления на пароводяном тракте котла, то есть разности давления питательной воды на напоре ПТН и давления острого пара перед турбиной.

Задатчик давления на напоре ПТН при положении ключа в режиме "Скольжение" служит задатчиком перепада. Увеличение задания ведет к увеличению перепада. Если машинист изменял задание по перепаду давления в режиме скользящего давления, то при переводе ключа режимов в положение "Номинальный режим" необходимо вернуть задатчик в положение, соответствующее номинальному значению давления в напорной магистрали ПТН (восстановить задание по давлению на напоре ПТН).

В режиме поддержания соотношения "топливо-вода"питательной воды на котел регулятор обеспечивает регулирование суммарного расхода питательной воды в соответствии с расходом топлива.

Рис. 2.6. Структурная схема регулятора питания при работе в режиме поддержания соотношения «топливо-вода».

Алгоритм работы регулятора аналогичен работе регулятора в режиме стабилизации, но имеет особенности:

1. при переводе ключа из положения "Стабилизатор" в положение "Соотношение" задатчик по расходу воды отключается, а заданием по расходу воды служит сигнал по расходу топлива;

2. подключается корректирующий контур температуры пара перед 1 впрыском.

Корректор в дистанционном режиме (переключатель на БУ-21 корректора температур в положении "Р") воздействует посредством нажатия кнопок "М" или "Б" на БУ-21 в сторону уменьшения или увеличения суммарного расхода воды на котел в автоматическом режиме БУ-21 корректор дает задание на увеличение или уменьшение расхода воды при увеличении или уменьшении температуры пара перед 1 впрыском. Задание по температуре пара изменяется задатчиком корректора.

Воздействия регулятора соотношения отключаются в тех же случаях, что и отключение регулятора-стабилизатора с добавлением контроля показаний датчика температуры питательной воды и сигнала по расходу топлива.

Регулятор воздуха

Регулятор общего воздуха предназначен для поддержания давления воздуха перед котлом в зависимости от расхода топлива и поддержания заданного процентного содержания кислорода в уходящих газах[9,15].

Регулятор воздействует на направляющие аппараты дутьевых вентиляторов.

Регулятор получает сигналы:

- по давлению воздуха в каждой нитке воздухопроводов к котлу;

- по содержанию 02 в дымовых газах от штатного прибора, контролирующего содержание 02;

- сигнал задания по содержанию О2 от задатчика;

- по суммарному расходу топлива на котел;

- сигналы от указателей положения направляющих аппаратов дутьевых вентиляторов.

Рис. 2.7. Структурная схема регулятора воздуха

Регулятор поддерживает усредненное давление воздуха перед котлом в зависимости от расхода топлива на котел в соответствии с режимной картой.

Регулятор получает также сигнал от корректора содержания 02. При использовании корректора в дистанционном режиме коррекция содержания 02 производится вручную нажатием кнопок "М" или "Б" на БУ-21 для понижения или повышения содержания кислорода в дымовых газах. При постановке корректора в автоматический режим содержание 02 поддерживается автоматически воздействием на направляющие аппараты дутьевых вентиляторов. При необходимости изменения задания по содержанию 02 используется задатчик ЗУ-05. Регулятор воздействует сразу на два направляющих аппарата. В случае, когда один из аппаратов опережает другой по УП, воздействие на него отключается, пока отстающий Н.А. его не догонит.

При снятии одного из направляющих аппаратов с "автомата" или выходе одного из них на концевой открытия все управление подключается к оставшемуся в работе Н.А.

Воздействие регулятора отключается:

- в сторону "меньше": при понижении давления воздуха до 100 мм.в.ст или при достижении рассогласования на регуляторе -10%;

- в сторону "больше" при достижении рассогласования на регуляторе +10%;

- в обе стороны при выходе показаний датчиков по давлению воздуха и расхода топлива за пределы 10-110%;

- при прохождении сигнала защиты разгрузки блока 50% все ограничения работы регулятора кроме понижения давления воздуха до нижней уставки снимаются.

Воздействие корректора по 0₂ отключается:

- в сторону "меньше": при выходе показаний прибора по 0₂ меньше 10%; при понижении давления воздуха до нижней уставки; при рассогласовании на корректоре -10%;

- в сторону "больше": при выходе показаний прибора по 0₂ больше 60% (3,0% 0₂); при рассогласовании на корректоре +10%;

- в обе стороны: при поступлении сигнала защиты по разгрузке блока до 50%; при выходе значений сигналов от приборов 0₂ или задатчика за пределы 5-110%.

Регулятор разрежения.

Регулятор разрежения предназначен для поддержания постоянной величины разрежения в верхней части топки. Наличие небольшого постоянного разрежения необходимо по условиям нормального топочного режима. Оно препятствует выбиванию газов из топки, способствует устойчивости факела и является косвенным показателем материального баланса между нагнетаемым в топку воздухом и уходящими газами [9].

Регулирование разрежения осуществляется посредством изменения количества уходящих газов, отсасываемых дымососами. При этом их производительность регулируется направляющими аппаратами, на которые воздействует регулятор.

Рис. 2.8. Структурная схема регулятора разрежения.

Регулятор получает сигналы:

- по разрежению в топке котла;

- от задатчика разрежения;

- по температуре уходящих газов по ниткам А и Б;

- от задатчика перекоса температур уходящих газов;

- по положению НА дымососов м.е. 144 и 244.

Регулятор, поддерживая разрежение в топке, воздействует на исполнительный механизм направляющего аппарата дымососа нитки А.

Исполнительный механизм нитки Б отслеживает изменение положения Н. А. нитки А по указателю положения.

Кроме этого на регулятор нитки Б поступает сигнал корректирующего регулятора перекоса температур уходящих газов.

При использовании корректора в дистанционном режиме и воздействии на кнопки "М" и "Б" БУ-21 изменяется положение Н.А. нитки Б относительно Н.А. нитки А, что приводит к изменению разности температур уходящих газов. При нажатии кнопки "М" температура по нитке Б будет уменьшаться и наоборот.

При переключении корректора в "автомат" разность температур поддерживается автоматически. Для изменения задания по разности температур служит задатчик ЗУ-05, сфазированный по нитке Б.

При снятии с "автомата" одного из направляющих аппаратов дымососов воздействие регулятора разрежения подключается к оставшемуся на "автомате" Н.А. Корректор перекоса температур отключается. То же происходит при выходе одного из Н.А. на концевой выключатель открытия.

Воздействие регулятора разрежения отключается:

- в сторону "меньше" - при рассогласовании -10%;

- в сторону "больше" - при рассогласовании +15%;

- в обе стороны - при выходе сигнала датчика разрежения за пределы 10-110% предела измерения, сигнала задатчика 5-110%, сигналов указателей положения 10-110%.

При поступлении сигнала защиты разгрузки блока до 50% воздействие от корректора разности температур отключается и блокируется отключение цепей регулятора разрежения при появлении больших рассогласований по разрежению.

Регулятор температуры первичного пара

Регулятор предназначен для поддержания температуры первичного пара на выходе из котла на заданном уровне. Регулирование температуры первичного пара осуществляется с помощью впрысков. Регулирование выполнено по двухконтурной схеме, в которой основным импульсом служит регулируема температура за поверхностью нагрева, расположенной после впрыска и в качестве опережающего сигнала используется температура перед поверхностью нагрева.

Котел оборудован двумя впрысками. Наиболее ответственную функцию выполняет регулятор последнего по ходу пара впрыска, поддерживающий на требуемом уровне температуру пара за котлом. Перераспределение тепла между поверхностями нагрева котла, вызванное например, перемещением ядра факела по высоте топки, может привести в отдельных случаях к выходу последнего впрыска за предел диапазона регулирования температуры пара за котлом. Чтобы этого не произошло, следует изменить (увеличить) расход воды на первый впрыск путем изменения задания его регулятора [9].

Рис.2.9

Первый впрыск предназначен для защиты ширмовых пароперегревателей от чрезмерного перегрева. Регулятор поддерживает температуру пара перед 2 впрыском.

Рис. 2.10. Структурная схема регулятора 1 впрыска

Регулятор получает сигналы

- по температуре пара непосредственно за впрыском;

- по температуре пара перед вторым впрыском; от задатчика.

Регулятор воздействует на клапаны впрысков.

Рис. 2.11. Структурная схема регулятора 2 впрыска.

Второй впрыск предназначен для поддержания заданной температуры острого пара на выходе из котла. Регулятор получает сигналы:

- по температуре пара за 2 впрыском;

- по температуре острого пара на выходе из котла;

- от задатчика температуры острого пара.

Регулятор воздействует на клапаны магистралей впрысков.

Регулятор температуры вторичного пара

Задачей автоматического регулирования температуры перегрева является поддержание заданной температуры вторичного пара, поступающего в турбину, во всем диапазоне регулируемых нагрузок блока.

Такой режим работы позволяет обеспечить наибольшую экономичность работы блока с сохранением допустимой величины температуры металла труб перегревателя и ЦСД турбины. В качестве средства регулирования температуры перегрева вторичного пара применено байпасирование части поверхности нагрева ППТО с помощью трехходового клапана. В качестве резервного средства регулирования на случай чрезмерного повышения температуры вторичного пара предусмотрен аварийный впрыск [9].

Рис. 2.12. Структурная схема регулятора температуры вторичного пара.

Регулятор температуры вторичного пара на выходе из котла получает сигналы:

- по температуре вторичного пара на выходе из котла;

- скоростной импульс по температуре пара после точки смешения;

- от задатчика температуры вторичного пара на выходе из котла.

Регулятор воздействует на трех ходовой регулирующий клапан байпаса ППТО

2.4 АСУ ТП ЭНЕРГОБЛОКА К-800-240 НА БАЗЕ ПТК TELEPERM

2.4.1 ПРОГРАМНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС TELEPERM ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Универсальный программно-технический комплекс для управления технологическими процессами на электростанциях TELEPERM XP-R, разработан фирмой SIEMENS, Германия. С 1997 года начат промышленный выпуск основной части ПТК - системы автоматизации AS 220 EA по лицензии фирмы SIEMENS во ВНИИА им.Духова, г.Москва, Россия. Российское наименование этой системы ТПТС-51.

ПТК TELEPERM XP-R включает технические и программные средства, необходимые для реализации всех функций автоматизации процессов на электростанциях: сбора и обработки технологических данных, автоматического регулирования и логического управления, защит и блокировок, вычисления и оптимизации, а также для контроля, сигнализации, оперативного управления технологическим процессом с использованием мониторов операторских станций, и, при необходимости, традиционных элементов управления.

2.4.2 ОБЩАЯ АРХИТЕКТУРА ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА TELEPERM XP-R

ПТК TELEPERM XP-R имеет функционально децентрализованную структуру, но на его базе могут быть реализованы как территориально сосредоточенные системы, так и территориально распределенные системы. В состав ПТК входят различные функциональные компоненты, которые рассчитаны на оптимальное решение технологических задач управления.

В состав ПТК TELEPERM XP-R входят следующие основные компоненты:

- Системы автоматизации ТПТС-51

- Система оперативного управления, контроля и решения информационных задач OM650

- Система шин передачи информации

- Инженерные устройства проектирования и конфигурирования ES680, PG и др.

Система автоматизации ТПТС-51 (AS-система) располагается в отдельном шкафу ПТК (или в 2-х шкафах) и объединяет в своем составе набор функциональных модулей, решающих задачу автоматизации для группы технологического оборудования или функционального узла. В составе системы автоматизации реализуются алгоритмы первичной обработки входной информации, автоматического регулирования, защит, блокировок и пошагового управления, а также осуществляется обмен информацией c другими AS-системами и с системой верхнего уровня посредством системы шин. Элементы системы автоматизации поддерживают как полное, так и частичное резервирование (горячий резерв «1 из 2»)

Система оперативного управления, контроля и технологических расчетов OM650 устанавливается на рабочем месте оперативного персонала и обеспечивает интерфейс между оператором и технологическим процессом при помощи мониторов и манипуляторов типа "мышь". Кроме того, система OM650 выполняет все функции, необходимые для подробного протоколирования данных технологического процесса и их архивирования, а также для выполнения расчетных задач. Основными элементами системы OM 650 являются обрабатывающие устройства (PU), серверные устройства (SU) и операторские терминалы (OT). Каждый из элементов выполняет в системе свой круг задач. Клиент-серверная структура компонентов OM650 в зависимости от требуемой общей информационной мощности системы позволяет создавать как компактные рабочие станции (PU, SU, OT в одной операторской станции) для объектов малой информационной мощности, так и рассредоточивать компоненты на несколько аппаратных устройств для энергоблоков большой мощности. В качестве аппаратных средств для компонент OM650 используются компьютеры офисного или промышленного исполнения.

Система шин связывает воедино устройства и системы ПТК TELEPERM XP-R. В ПТК используются многоуровневая система независимых резервированных шин:

- промышленный Ethernet в качестве шины терминалов, соединяющий компьютеры системы OM650, ES680 и операторские терминалы. Связь с вышестоящим уровнем АСУ П или другими системами предприятия осуществляется так же посредством шины терминалов.

- магистральная (системная) шина Industrial Ethernet в качестве межуровневой шины, соединяющей системы автоматизации с вычислительными устройствами OM650 и ES680.

- шина ввода/вывода, обеспечивающая обмен информацией между модулями в пределах одной системы автоматизации.

Инженерная система ES680 является основным средством проектирования и сопровождения АСУ ТП на базе ПТК TELEPERM XP-R. Она содержит систему автоматизированного проектирования (САПР), позволяющую выполнять работы по формированию документов задания заводу и монтажной документации на технические средства ТПТС-51, обеспечивать разработку прикладного программного обеспечения систем автоматизации ТПТС-51, реализующего выполнение алгоритмов контроля и управления, выполнять проектирование интерфейса взаимодействия с оператором для OM650, осуществлять реализацию расчетных задач. Данный САПР позволяет создавать завершенные комплекты документации программно-технического обеспечения. На стадии разработки проекта инженерная станция ES680 используется для проектирования систем автоматизации и OM650, а в ходе ввода в эксплуатацию - для конфигурации и внесения изменений в проект. Проектирование ведется на уровне разработки функциональных схем с использованием современных графических средств. ES680 обеспечивает также функции хранения функциональных схем и связанных с ними библиотек символов.

Устройство конфигурирования PG предназначено для загрузки в модули ТПТС-51 программ, обеспечивающих выполнение алгоритмов контроля и управления. PG может подключаться либо непосредственно к модулям через специальные разъемы, либо ко всем системам автоматизации через систему шин. Система конфигурирования позволяет оперативно менять программы модулей, осуществлять ряд операций по контролю функционирования систем автоматизации, выполнять непосредственное управление отдельными объектами управления, а также позволяет имитировать значения входных сигналов и внутренних переменных в функциональных программах при отладке алгоритмов контроля и управления. Аппаратно система конфигурирования PG реализована в виде компьютера промышленного исполнения.

2.4.3 ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНОГО ПОСТРОЕНИЯ КОНТРОЛЛЕРНОГО УРОВНЯ ПТК TELEPERM XP-R

Принципиальным отличием используемого нами ПТК от большинства средств АСУ ТП, предлагаемых другими отечественными и зарубежными поставщиками, является способ децентрализации структуры системы автоматизации (AS). В указанных ПТК применен один (обычно дублированный) единый интеллектуальный микропроцессорный контроллер и большое количество неинтеллектуальных или выполняющих элементарную обработку УСО.

При этом на центральный контроллер возлагается реализация всех функций прямого цифрового управления (автоматическое регулирование, логическое управление, защиты, блокировки) и обработки информации, а также организации связи с верхним уровнем управления и другими AS.

В аппаратуре же ТПТС-51 центральный контроллер (модуль EAS) выполняет только функции связи с верхним уровнем управления и другими AS, а также организует цифровой обмен между функциональными модулями и диагностирует их состояние. Весь же объем функций прямого цифрового управления и обработки информации реализуется в функциональных модулях (интеллектуальных УСО), количество которых составляет до 64 на одну AS.

Вариант TELEPERM XP-R имеет существенные преимущества по сравнению с вариантом компьютерного управления, в удобстве разработки, обслуживания, а главное, наладки и усовершенствования АСУ ТП.

Его основным недостатком является при сравнении предложений несколько большая цена. На самом же деле речь идет только о начальной цене. Реально же в варианте компьютерного управления в процессе наладки и развития АСУ ТП требуется существенное аппаратное наращивание и суммарная цена даже только аппаратуры (не говоря уже о существенном дополнительном объеме работ) становится заметно больше.

2.4.4 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТПТС-51

В состав ПТК могут входить несколько систем автоматизации ТПТС-51, которые компонуются по функциональным технологическим зонам. Они связаны между собой системной шиной, а также подключаются к шине межуровневого обмена для связи с другими системами ПТК.

Каждая система ТПТС-51 конструктивно представляет собой шкаф или два шкафа, в которых расположены каркасы с функциональными модулями, модулями контроллеров шин ввода-вывода (EAS), внутренней шиной ввода-вывода, элементами резервированного питания и защиты, сетевыми компонентами. Система может быть сконфигурирована в полностью резервированном, не резервированном, либо в частично резервированном варианте. Структура системы ТПТС-51 с резервированной конфигурацией приведена на рис. 2.2.

Функции автоматизации выполняются автономными функциональными модулями, имеющими собственные каналы ввода-вывода сигналов связи с технологическими объектами и процессор. Обмен сигналами между модулями осуществляется через шины ввода-вывода и контроллер шины ввода-вывода (EAS). Через EAS осуществляется также связь с системной шиной Ethernet.

Объем обрабатываемых данных системы, объем ее памяти и вычислительная мощность зависят от количества устанавливаемых функциональных модулей. Эти показатели возрастают вместе с объемом автоматизируемого оборудования и оптимально соответствуют поставленной задаче. Модули специализированы по своему функциональному назначению, что вместе с возможностью функционального наращивания системы обеспечивает ее высокую степень гибкости.

Для более полного использования вычислительной мощности функциональных модулей в системе предусмотрены беспроцессорные модули расширения. Модули расширения позволяют наращивать интерфейс связи с объектом, сопряженного с ними функционального модуля, увеличивая число аппаратных каналов ввода/вывода.

Конструкция системы ТПТС-51.

Конструктивно система ТПТС-51 размещается в стандартных шкафах с габаритами (высота х ширина х глубина) 2200мм х 900мм х 400мм. Шкафы могут выполняться со степенью защиты от воздействия окружающей среды по DIN 40050 (ГОСТ 14254-80) IP20 (обычное исполнение), либо IP54 (защищенное исполнение). При использовании шкафов IP20 система не требует принудительной вентиляции и обычно компонуется без блоков вентиляторов, хотя, при необходимости может быть ими укомплектована. При использовании защищенного исполнения IP54 шкафы могут устанавливаться вблизи технологического оборудования, что позволяет создавать территориально распределенные системы управления.

Шкаф системы ТПТС-51 содержит следующие основные компоненты:

- Основные каркасы для функциональных модулей (GE). В каждый основной каркас может быть установлено до 12 функциональных модулей. Кроме того, в нем размещается модуль контроллера шины ввода-вывода и модуль подключения к шине. В шкафу обычно устанавливается два основных каркаса (резервированный вариант).

- Каркасы расширения для функциональных модулей (EE). В каждый каркас расширения может быть установлено до 14 функциональных модулей. Каркас расширения связан с основным каркасом шиной ввода-вывода. Резервированный модуль EAS способен обслуживать 2 основных каркаса и до 6-ти каркасов расширения. Каркасы расширения EE(3)-EE(6) устанавливаются в шкафу расширения.

- Блок питания (SES), который позволяет обеспечивать резервированное питание 24 В постоянного тока с использованием двух независимых источников. Внутри блока питания напряжения развязаны через диоды.

- Коммуникационные процессоры связи с системной шиной Ethernet (CP).

- Система шин ввода-вывода.

- Клеммы для подключения кабелей (MaxiTermiPoint со стороны процесса и WireWrap со стороны внутришкафного монтажа)

Количество функциональных модулей в основном шкафу - до 48, в системе с использованием шкафа расширения - до 104 из них до 64 основных.

Контроллер шин ввода-вывода.

Обмен сигналами между модулями системы u1058 ТПТС-51 осуществляется через шину ввода-вывода. Шина управляется централизовано через контроллер шин ввода-вывода EAS. Этот модуль также через модуль подключения осуществляет соединение с шиной Ethernet. Данные о структуре обмена задаются при помощи инженерной системы и записываются в память EEPROM модуля EAS.

Данные могут передаваться циклически и нециклически. Для данных, передаваемых нециклически, может дополнительно задаваться передача в фоновом режиме с большим периодом. Нециклический обмен сигналами может инициироваться прерываниями. Модуль EAS берет на себя упорядочивание по времени всех проходящих через него сообщений.

Для каждого устанавливаемого в системе ТПТС-51 функционального модуля, а также для отдельных каналов интерфейсных модулей в модуле EAS имеются интерфейсные части. Они выполняют следующие задачи:

- Контроль модулей и функций, например, обновление времени цикла, контроль разъемного соединения, и т.п.

- Организация обмена данными для системы управления и контроля OM650

- Подготовка блоков сообщений (протоколирование)

- Поддержание в состоянии готовности всех сигналов в передающем модуле памяти для обмена сигналами в соответствии с задачами пользователя через шину ввода-вывода, системную шину и шину межконтроллерного обмена В резервированной системе ТПТС-51 имеются две шины ввода-вывода, которые разделены логически и электрически через модули соединения. Каждый из двух контроллеров шин ввода-вывода в такой системе через эти модули соединения имеет доступ к обеим шинам ввода-вывода. Модули EAS работают с резервированием «один из двух» в режиме основного и резервного модулей. При выходе из строя основного модуля, резервный берет на себя его функции. Основной и резервный модули в значительной степени контролируют себя сами. Они соединены друг с другом последовательным интерфейсом, через который циклически обмениваются друг с другом контрольными сообщениями в целях взаимного контроля.

Функциональные модули.

Функциональные модули оперируют аналоговыми и дискретными входными и выходными сигналами, поступающими в них в цифровом виде по шине ввода-вывода, либо с аппаратных разъемов связи с технологическим процессом, через которые к данному модулю непосредственно подключаются соответствующие входные или выходные сигналы. Функциональные модули разделяются по технологическим задачам, которые они выполняют. Все активные функции обработки, такие как формирование алгоритма регулирования, функции контроля и управления, дистанционное управление, выполняются микропроцессором, входящим в состав функционального модуля. Программная память этого микропроцессора разделяется на постоянную память (EPROM) с библиотеками специализированного матобеспечения и перепрограммируемую память (EEPROM), конфигурируемую в соответствии со спецификацией пользователя. Энергонезависимые EPROM и EEPROM обеспечивают сохранение программы обработки и функциональных библиотек модуля при выключении питания.

Все входные и выходные сигналы, как по шине ввода-вывода данных, так и по аппаратным разъемам, опрашиваются процессором модуля через так называемые операнды. Каждому входу и выходу подчинен один номер операнда. Функциональные модули содержат стандартные функциональные блоки, набор и назначение которых соответствует типу модуля. Кроме того, в каждом модуле содержатся и блоки элементарных функций. Блоки элементарных функций являются единицами программного обеспечения (инструкциями) с фиксированными функциями, такими как сумматор, умножитель, избиратель экстремальных значений, переключатель, интегратор, выключатель, элементы И, ИЛИ и т.д. Блоки элементарных функций записаны в ПЗУ модуля (EPROM) и могут использоваться многократно. Кроме элементарных функций, библиотеки модулей содержат специфические технологические алгоритмы, такие как АВР, законы регулирования, управление исполнительным механизмом, двигателем, алгоритм пошагового управления и многое другое.

Дополнительно имеются организационные команды, которые в соответствии с постановкой задачи логически увязывают операнды, функциональные блоки и блоки элементарных функций. Данные команды вводятся в перепрограммируемую память модуля (EEPROM) и образуют функциональные программы. Эти программы обеспечивают выполнение модулем заданных функций контроля и управления. Процесс ввода организационных команд в память называется конфигурацией модуля. Для конфигурации не требуются специальные знания по программированию. Конфигурирование модулей производится при помощи

устройства конфигурирования PG или через инженерную систему ES680.

В системе автоматизации ТПТС-51 используются следующие типы модулей:

Обозначение модуля	Назначение	Характеристика
ТПТС-51.1411	Регулятор с импульсным выходом	2 независимых канала регулирования 7 аналоговых входов 5 аналоговых выходов 28 дискретных входов 10 дискретных выходов
ТПТС-51.1412	Регулятор с аналоговым выходом	2 независимых канала регулирования 8 аналоговых входов 7 аналоговых выходов 20 дискретных входов 12 дискретных выходов
ТПТС-51.1717	Индивидуальное и логическое управление	Управление двигателями ( до 4 шт.), задвижками (до 3 шт.), соленоидными клапанами (до 5 шт.) 35 дискретных входов, 19 дискретных выходов
ТПТС-51.1719	Модуль расширения для модуля ТПТС-51.1717	При работе совместно с модулем ТПТС-51.1717 увеличивает количество дискретных входов до 69, что позволяет организовывать параллельное управление от ПТК и традиционных средств управления 4-мя двигателями (задвижками) или 5-ю соленоидными клапанами
ТПТС-51.1723-01	Пошаговое управление	включает в себя до 50 шагов в сторону "Пуск" и до 50 в сторону "Останов" 28 дискретных входов 28 дискретных выходов (могут быть программно преобразованы в дискретные входы)
ТПТС-51.1723	Обработка дискретных сигналов	28 дискретных входов 28 дискретных выходов (могут быть программно преобразованы в дискретные входы) Способен организовать управление до 8-ми единиц арматуры или двигателей.
ТПТС-51.1731	Прием и обработка сигналов термопар и термосопротивлений	4 аналоговых входа (термопары, термосопротивления) 8 аналоговых выходов 0(4) - 20 мА, 0(2) - 10 В 4 дискретных входа 8 дискретных выходов (24 В, 100 мА)
ТПТС-51.1703	Модуль расширения для модуля ТПТС-51.1731	Увеличивает число принимаемых модулем ТПТС-51.1731 сигналов на 14 при одном и на 28 при двух подключенных модулях расширения
ТПТС-51.1722	Прием и обработка унифицированных аналоговых сигналов	14 аналоговых входов 0(4) - 20 мА, 0(2) - 10 В 14 аналоговых выходов 0 - 10 В 14 дискретных выходов 24 В, до 120 мА
ТПТС-51.1725	Управление комплексом оборудования.	28 дискретных входов 28 дискретных выходов (могут быть программно преобразованы в дискретные входы) Реализует логику АВР для 4 агрегатов и более
ТПТС-51.1724	Модуль счета импульсов и измерения частоты	8 каналов счета импульсов 4 канала измерения частоты

Системы автоматизации ТПТС-51 обеспечивают работу при следующих внешних воздействиях:

Температура окружающей среды	От +10 до +40°C
Относительная влажность	до 80% при 25 °C (без конденсации влаги)
Атмосферное давление	от 84 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм ртутного столба)
Вибрация	1 - 10 Гц с амплитудой до 1мм 10 -60 Гц с ускорением 4,9 м/с2 (0,5g)
Землетрясение	до 8 баллов по шкале MSK - 64.
Помехи в цепях питания =24В	* изменение напряжения питания в диапазоне от 20 до 30 В * уменьшение напряжения питания до 14,25 В на время до 5 мс при интервале между такими событиями не менее 10 с * увеличение напряжения питания до 35 В на время до 500 мс при интервале между такими событиями не менее 50 с * увеличение напряжения питания до 45 В на время до 10 мс при интервале между такими событиями не менее 50 с * наличие пульсаций напряжения питания с амплитудой до 3,6 В

СИСТЕМА ШИН

Система шин связывает воедино устройства и системы ПТК TELEPERM XP-R. Особенностью ПТК TELEPERM XP-R является иерархическая, распределенная структура шин.

Каждая из шин многоуровневой системы:

- промышленный Ethernet в качестве шины терминалов, соединяющий компьютеры системы OM650, ES680 и операторские терминалы

- системная шина Industrial Ethernet в качестве межуровневой и межконтроллерной шины, соединяющей системы автоматизации с вычислительными устройствами OM650 и ES680.

- шина ввода/вывода, обеспечивающая обмен информацией между модулями в пределах одной системы автоматизации выполняют в составе ПТК свой круг задач и оптимизированы с точки зрения их соответствующего применения, что, наряду с высокой эффективностью, также обеспечивают самый высокий коэффициент использования и самую высокую надежность. В случае отказа или неисправности одной из шин или ее сегмента, все остальные системы остаются полностью работоспособными.

Один функциональный модуль ТПТС-51 обеспечивает, согласно своему типу, выполнение определенных технологических функций. Внутри модуля возможна организация элементарной функции управления агрегатом, но для реализации функции взаимосвязанного управления группой оборудования внутри технологической зоны задействуются несколько модулей с обменом информацией по шине ввода/вывода. Управление передачей по шине ввода/вывода и системной шине производится модулем контроля шины ввода/вывода EAS. Для обеспечения взаимосвязи между алгоритмами разных технологических узлов и зон

предназначена системная шина. Передача данных от систем автоматизаций к системе верхнего уровня OM650 осуществляется по магистральной шине Industrial Ethernet. Клиент-серверная модель системы верхнего уровня организована на базе сети верхнего уровня (сети терминалов), обеспечивающей обмен информацией между видеокадрами оператора, оперативными данными, краткосрочным и долгосрочным архивом данных, а также системой проектирования.

Системная шина и шина терминалов по желанию и независимо друг от друга могут быть реализованы электрическим или оптическим методом с использованием световодов.

Шина терминалов (промышленный Ethernet)

В качестве шины терминалов используется шинная система SINEC H1. SINEC H1 - это открытая многоячеечная сеть, построенная по международному стандарту IEEE 802.3 и предназначенная для применения в промышленности. На электростанциях обычно применяется оптоволоконный вариант данной шинной системы - SINEC H1FO. Шинная система SINEC H1/H1FO отвечает всем требованиям, которые предъявляются мощным системам коммуникации:

- Метод Ethernet в соответствии с международным стандартом IEEE 802.3

- Возможность подключения до 1024 абонентов

- Скорость передачи данных 100 Мбит/с

- Возможность построения сетей с различной топологией

- Возможность построения сетей повышенной надежности (кольцевая шина с парированием единичного отказа)

На рис. 2.3. приведен пример структуры опто-электрической системы шин SINEC H1FO с использованием кольцевой шины и звездообразными ответвлениями.

рис. 2.15

Системная шина (промышленный Ethernet)

В качестве магистральной (системной) шины используется шинная система SINEC H1. SINEC H1 - это открытая многоячеечная сеть, построенная по международному стандарту IEEE 802.3 и предназначенная для применения в промышленности. На электростанциях обычно применяется оптоволоконный вариант данной шинной системы - SINEC H1FO.

Шинная система SINEC H1/H1FO отвечает всем требованиям, которые предъявляются мощным системам коммуникации:

- Метод Ethernet в соответствии с международным стандартом IEEE 802.3.

- Возможность подключения до 1024 абонентов.

- Скорость передачи данных 100 Мбит/с.

- Возможность построения сетей с различной топологией.

- Возможность построения сетей повышенной надежности (кольцевая шина с парированием единичного отказа)

На рис.2.15а приведен пример структуры опто-электрической системы шин SINEC H1FO с использованием кольцевой шины и звездообразными ответвлениями.

рис.2.15а

Приведенная на рисунке топология наиболее часто применяется на электростанциях в составе ПТК TELEPERM XP-R. К системе шин SINEC H1/H1FO подключаются как устройства системы OM650 (PU) так и системы автоматизации (AS) с использованием коммуникационных процессоров.

2.4.5 ФУНКЦИИ АСУ ТП ЭНЕРГОБЛОКА

Функции АСУ ТП можно разделить на три группы: информационные, управляющие и сервисные. Информационные функции:

- сбор и первичная обработка входной информации;

- предоставление обработанной информации оператору энергоблока;

- технологическая сигнализация;

- анализ действия защит (АДЗ);

- регистрация событии;

- архивация, хранение и предоставление ретроспективной и нормативно справочной информации;

- наложение текущих графиков технологических параметров на нормативные;

- регистрация аварийных ситуаций (РАС);

- расчет и анализ технико-экономических показателей;

- техническая диагностика технологического оборудования;

- контроль действий оператора-технолога энергоблока и оператора АСУ ТП;

- контроль работы АСУ ТП.

Опрос сигналов контроллерами осуществляется периодически 1 раз в 0,5 - 0,7 с. Каждый сигнал с циклом опроса проверяется на достоверность. Дальнейшая первичная обработка проводится только с достоверными сигналами. К ней относятся: линеаризация характеристик первичных преобразователей; введение поправок на изменение температуры холодных слоев термопар; масштабирование; алгебраические преобразования; фильтрация (демпфирование); усреднение по времени (по разным законам).

Для контроля текущего состояния технологического оборудования и работы автоматики на экранах цветных мониторов и на приборах, установленных в оперативном контуре БЩУ, оператору предоставляется информация о текущих значениях технологических параметров, положении регулирующей и запорной арматуры, состоянии двигателей механизмов, состоянии автоматических устройств, заданных значениях регулируемых параметров, значениях вычисляемых параметров, ретроспективной информации, трендов изменяемых по времени сигналов. Информация на экранах может предоставляться в разных форматах: в виде числового значения (на видеограммах или в таблицах), барограммы, текста сообщения, изменения цвета, мигания мнемосимвола, графика изменения параметра по времени.

Технологическая сигнализация предназначена для извещения оперативного персонала о возникновении нарушений в протекании технологических процессов, срабатываниях защит и блокировок, выявленных неисправностях технических средств АСУ ТП и т.п. Технологическая сигнализация включает в себя:

- предупредительную сигнализацию об отклонениях технологических параметров за установленные пределы и изменениях состояния автоматических устройств;

- аварийную сигнализацию об аварийных отклонениях параметров и срабатывании защит;

- сигнализацию об обнаруженных неисправностях технических средств, исчезновении электропитания и т.п.

Сигнализация делится на световую (загорание табло, изменение цвета мнемосимвола, мигание) и звуковую. Съем звука и квитирование светового сигнала (съем мигания) выполняются персоналом. Предусматривается автоматический ввод в процессе пуска сигнализации о пониженных значениях технологических параметров и автоматический или ручной (оператором) ее вывод при останове энергоблока.

Оперативный анализ действия защит (АДЗ) начинает функционировать с момента срабатывания той или иной технологической защиты. При этом фиксируется и оперативно отображается на экране монитора событийной станции первопричина срабатывания защиты и нарушения (если таковые возникают) состава и очередности всех предписанных алгоритмом операций (закрытие/открытие арматуры, включение/отключение механизмов, изменение состояния автоматических устройств). По завершении действия защиты полученные данные выводятся на печать,

Функция регистрации событий заключается в выявлении и оперативном отображении на экране монитора событийной станции текущих событий, происходящих на энергоблоке и в его АСУ ТП. Возникающие события (изменения дискретных сигналов, характеризующих состояние технологического оборудования и его автоматических устройств, выход за уставки сигнализации аналоговых параметров, срабатывания защит и блокировок и т.п.) отображаются на экране в хронологическом порядке с меткой времени в виде соответствующего текста по принципу "круглого буфера" (последнее сообщение вытесняет с экрана самое раннее). События разной степени важности выделяются цветом и местом расположения на экране (наиболее важные события, именуемые "ошибками", располагаются в левой половине экрана, остальные - в правой). Имеется возможность возврата (роллинга) ошибок.

Функция архивации, хранения на магнитных носителях и предоставления ретроспективной и нормативно-справочной информации заключается в накоплении и последующем предоставлении оперативному и административному персоналу информации об истории протекания технологических процессов, работе автоматики, действиях оператора, вычисляемых показателях, а также нормативных и справочных данных. Рассортированная информация из архивов по запросу оператора или автоматически предоставляется на мониторах и печатающих устройствах в виде таблиц, протоколов, трендов. Архивная информация доступна для использования в расчетных и других задачах АСУ ТП. Приняты меры по защите архивируемой информации от возможных потерь и несанкционированного доступа к ней. Вся поступающая в архив информация сопровождается отметкой времени ее появления.

Регистрация аварийных ситуаций (РАС) заключается в накоплении и предоставлении информации о процессах возникновения, развития и ликвидации каждой аварийной ситуации. РАС обеспечивает регистрацию достоверных хронологически связанных данных о работе технологического оборудования, действии защит и других автоматических устройств, а также о воздействии персонала на исполнительные органы. Инициативные сигналы (первопричины срабатывания защит) вводятся в специальный контроллер (контроллер РАС) с привязкой к меткам времени с шагом 100 мс и фиксацией последовательности событий с разрешающей способностью 25 мс. Информация об аварии записывается в архив, откуда по запросу оперативного или административного персонала выдается в упорядоченном виде.

Результаты расчета и анализа ТЭП используются для определения текущих экономических показателей энергоблока и его отдельных технологических узлов, анализа причин снижения экономичности, составления отчетных документов по экономичности энергоблока. Реализация этой функции позволяет обоснованно корректировать режимы оборудования и планировать сроки его вывода в ремонт. Расчет ТЭП выполняется для следующих временных интервалов: оперативного (15 мин), сменного (12 ч), суточного (24 ч), декадного (10 дней) и месячного. Предусматривается получение интегральных показателей нарастающим итогом с начала месяца до момента запроса в пределах этого месяца.

В состав технической диагностики технологического оборудования входят: контроль и диагностика температурного и термонапряженного состояний турбины, вибродиагностический контроль турбогенератора, диагностика концевых уплотнений турбин.

Управляющие функции:

- дистанционное (ручное) управление:

- автоматическое регулирование;

- технологические защиты;

- автоматическое дискретное (логическое) управление.

Дистанционное управление предназначено для реализации команд оператора энергоблока по управлению исполнительными органами и элементами АСУ ТП и выдачи информации о выполнении поданных команд и о состоянии объектов управления. Оно используется для объектов, на которые не действует автоматика, а также в качестве резервного средства при отказах автоматического управления. Основной объем дистанционного управления обеспечивается по избирательному принципу через манипуляторы типа "мышь" или клавиатуры и мониторы (дисплеи) операторских станций. Для небольшого числа ответственных исполнительных органов, требующих быстрой реакции на поданные команды, предусмотрено индивидуальное управление, при котором за каждым объектом закрепляется относящийся только к нему коммутационный аппарат.

На автоматическое регулирование возлагается выполнение задач непрерывного управления технологическими процессами энергоблока при различных режимах его эксплуатации. Автоматическое регулирование осуществляется по стандартным законам: П, ПИ, ПИД. Для повышения его качества и обеспечения всережимности используются:

- опережающие сигналы, которые с малой инерцией реагируют на те или иные возмущающие воздействия;

- динамические связи между контурами регулирования, компенсирующие перекрестные связи в многопараметрическом объекте регулирования;

- автоподстройка параметров настройки регуляторов;

- изменение структуры регуляторов при переходе от

одного режима работы технологического оборудования к другому или возникновении технологических ограничений.

Дискретные операции по изменению структуры регуляторов выполняются по простым алгоритмам на основании информации о режиме работы технологического оборудования, о положении регулирующих органов, о достижении пороговых значений технологических параметров и т.п.

Управление регуляторами и получение информации об их работе осуществляются посредством окон на мониторах операторских станций.

Функцией технологических защит является автоматическое выполнение операций управления оборудованием в аварийных ситуациях с целью предотвращения развития аварии и устранения опасности для персонала. В зависимости от аварийной ситуации действие защит может приводить к останову котла, турбины или энергоблока в целом, их разгрузке до заданного значения, отключению отдельных механизмов, выполнению локальных операций. Технологические защиты выполнены на апробированных аппаратных технических средствах типа УКТЗ-М. При этом на ПТК TELEPERM ложатся функции информационного сопровождения действий защит (АДЗ, РАС) и автоматическое регулирование при разгрузке оборудования до заданного значения.

Задачи автоматического дискретного управления, если исключить из них те, которые связаны с автоматическим регулированием, можно разбить на две группы. К первой относятся блокировки (изменение состояния арматуры, автоматическое включение резерва (АВР), пуски/остановы механизмов и т.п.), которые действуют по простым алгоритмам, состоящим из логических преобразований и не требующих контроля каждой из последовательно выполняемых операций. Во вторую группу входят более сложные пошаговые алгоритмы.