Интеллектуализация производства тепловой энергии на районных тепловых станциях

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Интеллектуализация производства тепловой энергии на районных тепловых станциях

В.И. Шмаков, заместитель главного инженера,

д.т.н. А.В. Селезнев, профессор, главный специалист,

Н.Н. Пестрякова, начальник, ГИ ГУП «Моспромпроект», г. Москва

Введение

На современных районных и квартальных тепловых станциях (РТС и КТС) г. Москвы мощностью до 600 Гкал/ч в непрерывном процессе функционирует более 2000 ед. технологического и контрольно-измерительного оборудования. Такое количество одновременно работающего в едином цикле оборудования требует создания высокоорганизованных автоматизированных систем управления (АСУ), функционирующих в режиме реального времени.

Одним из основных направлений деятельности нашей организации является проектирование и ведение авторского надзора за строительством РТС и КТС - предприятий по выработке тепловой энергии для систем жизнеобеспечения всех городских инфраструктур.

За долгие годы проектирования РТС И КТС сформировалось понимание структуры автоматизации задач управления на тепловых станциях, а также возможность их технической реализации, описанию которых посвящена настоящая статья.

Современные АСУ

Выработанный нами и ведущими разработчиками автоматизированных систем управления подход к разработке АСУ направлен на создание комплексного управления деятельностью РТС и соответствует современному уровню развития информационных технологий. В соответствии с ним, на начальном этапе, проводилась модернизация АСУ ТП, а по мере увеличения объема автоматизированных задач, на настоящем этапе, создаются интегрированные АСУ (ИАСУ), обеспечивающие горизонтальную и вертикальную интеграцию всех компонент по технологическому и информационному уровням управления ресурсами. При этом параллельно решаются задачи обеспечения: безопасности, надежности, защиты от несанкционированного доступа к системам, защиты и блокировки технологических объектов управления от возмущающих факторов, предупредительной и аварийной системами оповещения и др.

Современные АСУ РТС и КТС г. Москвы - это интегрированные, многофункциональные, многоуровневые информационно-управляющие системы, работающие в режиме реального времени с учетом непрерывно-дискретного характера протекания технологических процессов и выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы. Степень развитости информационных функций обеспечивает заданные параметры управления переходными процессами и ресурсами.

По требованиям НТД состав локальных АСУ может меняться, но базовый вариант структуры системы включает следующие компоненты.

На рис. 1 показаны основные компоненты базового варианта структуры ИАСУ, в том числе.

1. МиУП - автоматизированная система мониторинга и управления производством. МиУП - координационное ядро системы, играющее роль «мозгового центра», под руководством которого осуществляются все интеграционные процессы, производится мониторинг состояния оборудования станции, решаются технико-экономические расчетные задачи и задачи оптимизационного управления, осуществляется диагностика и планирование регламентных работ на технологическом оборудовании и др.

Комплексное управление в МиУП реализуется с помощью информационных моделей как в автоматическом режиме на базе готовых решений, так и в режиме диалога с оператором. В реальных условиях функционирования МиУП дает возможность руководству РТС осуществлять контроль более 4000 технологических операций, а также более 3000 операций управления производственными ресурсами и бизнес процессами РТС.

МиУП производит информационный обмен между локальными АСУ и уровнями структуры ИАСУ через общую базу данных, которая является средством информационной интеграции всех компонент системы.

На настоящем этапе развития ИАСУ за счет реализации методов современных MES-систем управления производством в реальном времени обеспечивает:

- создание единого информационного пространства для всех компонент ИАСУ;

- расчет ТЭП производства тепловой энергии и потребления энергоресурсов;

- мониторинг и управление производством;

- обработку и представление информации в интегрированной и структурированной форме для контроля, анализа и принятия решений по управлению РТС;

- информационное взаимодействие с удаленными внешними автоматизированными системами;

- оценку, идентификацию и мониторинг в процедурах управления текущим состоянием технологического оборудования (ТО) и ТП РТС;

- раннее обнаружение и идентификацию нештатных состояний ТО и ТП на РТС с заданными охватом неисправностей и разрешающей способностью;

- выработку решений о парировании нештатных ситуаций, переходе на щадящий режим или аварийную защиту ТО с последующей их передачей в АСУ ТП;

- планирование ремонтов на основании объективной информации о выработке ресурсов ТО РТС;

- повышение надежности и безопасности эксплуатации ТО РТС и др.

Дальнейшее развитие МиУП должно производиться в направлении создания оптимизационных моделей управления РТС.

2. АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическими процессами. АСУ ТП - наиболее значимая часть ИАСУ, реализующая функции автоматизированного и автоматического управления технологическими процессами основного производства. АСУ ТП представляет собой многофункциональную, трехуровневую распределенную информационно-управляющую систему, работающую в режиме реального времени с учетом непрерывно-дискретного характера протекания технологических процессов (рис. 2).

В соответствии с технологическим структурированием РТС на производственно-технологические участки и объекты автоматизированного управления, в структуре АСУ ТП выделяются следующие локальные специализированные системы автоматизированного управления (САУ):

САУ котельным оборудованием (САУ «КО»);

САУ общекотельным оборудованием (САУ «ОКО»);

САУ деаэрационно-подпиточной установкой (САУ «ДПУ»);

САУ водоподготовительной установкой (САУ «ВПУ»);

САУ оборотным водоохлаждением (САУ «ОВО»);

САУ электроснабжением станции (САУ «ЭС»);

САУ газораспределительного пункта (САУ «ГРП»).

На контроллерном уровне АСУ ТП осуществляет непосредственное управление технологическим оборудованием полевого уровня, а также первичную обработку, учет и архивирование информации от средств измерения. В АСУ ТП РТС используются специализированные технологические контроллеры типа МФК-3000. В составе комплекса технических средств контроллерного уровня АСУ ТП включены шкафы КИПиА и средства микропроцессорной техники сети Ethernet. Технические средства данного уровня размещаются в производственных помещениях РТС на площадках возле технологического оборудования.

3. АСУ ИО - автоматизированная система управления инженерным обеспечением систем функционирования зданий. АСУ ИО разработана для осуществления мониторинга технологических процессов жизнеобеспечения РТС и процессов функционирования инженерно-технического оборудования (рис. 3).

В соответствии с требованиями ГОСТ 22.1.12 «Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений» АСУ ИО обеспечивает возможность прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций и ликвидации последствий от основных дестабилизирующих факторов:

- возникновения пожара;

- нарушений в системе отопления, подачи горячей и холодной воды, вызванных выходом из строя инженерного оборудования на индивидуальном тепловом пункте, а также авариями на трубопроводах и приборах отопления;

- нарушений в подаче электроэнергии;

- утечек и нарушений в подаче газа;

- повышения уровня предельно допустимой концентрации вредных примесей СО и СН4 в помещениях котельного зала и газораспределительного пункта (ГРП);

- затопления помещений, дренажных систем и технологических приямков;

- отклонений от заданных параметров производственных процессов, способных привести к возникновению ЧС;

- нарушений в работе системы заградительных огней дымовых труб и др.

Прогнозирование и предупреждение аварийных ситуаций осуществляется на базе данных контроля за параметрами процессов обеспечения функционирования систем полевого уровня и определения отклонений их текущих значений от заданных.

При возникновении и развитии неблагоприятной ситуации на станции АСУ ИО производит автоматизированный или принудительный запуск системы оповещения соответствующих специалистов, отвечающих за безопасность РТС, документирование и регистрацию аварийных ситуаций, а также действий операторов.

4. АСТУПРЭ - автоматизированная система технического учета производства и распределения энергоресурсов. АСТУПРЭ создана для автоматического сбора и первичной обработки информации с узлов технического учета энергоресурсов, хранения и представления значений показателей расхода электро-, теплоэнергии, газа и воды, а также информации о состоянии объектов и средств измерения системы как в автоматическом режиме, так и по запросам (рис. 4).

На основе информации о потреблении на РТС энергоресурсов в системе реализуются алгоритмы расчета, которые предусматривают выполнение следующих задач:

- распознавание технологической ситуации;

- контроль достоверности входной информации;

- обработка входной информации после накопления за 15 мин;

- контроль достоверности входной информации после обработки;

- расчет ТЭП на первичном интервале, равном 15 мин;

- формирование массивов накопления информации для расчета ТЭП на суточном и месячном (n-суток) интервалах;

- расчет ТЭП за сутки и n-суток;

- вывод результатов расчетов ТЭП;

- расчет ТЭП за месяц;

- баланс мощностей и др.

Предусмотрена также возможность формирования дефектных ведомостей непосредственных входных параметров и автоматическое изменение расчета ТЭП при переключениях в технологической схеме РТС. Выходными формами представления расчета ТЭП являются Протоколы, которые позволяют получать результаты расчета на экране дисплея, а при необходимости выводить их на печать.

5. АИИС КУЭ - автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электропотребления. АИИС КУЭ создается для обеспечения коммерческого учета активной и реактивной энергии и мощности, а также контроля качества электроэнергии и производства расчетов между энергоснабжающей организацией и РТС (рис. 5).

Для обеспечения достоверности информации о полученной РТС электрической энергии от электроснабжающей организации в г. Москве, в системе используются средства измерений, типы которых утверждаются Госстандартом России и согласованы с ОАО «Мосэнергосбыт».

Организация разработки системы коммерческого учета электроэнергии на действующих, вновь сооружаемых, реконструируемых РТС осуществляется в соответствии с требованиями действующих нормативно-технических документов и ТУ ОАО «Мосэнергосбыт» в части:

- согласования границ балансовой принадлежности;

- мест установки и типов средств учета электроэнергии;

- классов точности счетчиков и измерительных трансформаторов;

- размещения счетчиков и выполнения электропроводки к ним;

Особое внимание при разработке системы уделяется разделу метрологического обеспечения.

6. АСМВВ - автоматизированная система мониторинга вредных выбросов. АСМВВ создаются на РТС и КТС в соответствии с постановлением Правительства Москвы от 08.11.2005 г. № 866-ПП «О функционировании Единой системы экологического мониторинга г. Москвы и практическом использовании данных экологического мониторинга» для мониторинга объемных выбросов вредных дымовых газов.

Система АСМВВ в первую очередь обеспечивает на основе данных газоанализаторов (СО, СО2), давления газа и подаваемого воздуха к котлам, температуры дутьевого воздуха, количества работающих горелок и режимной карты котла - управление оптимизацией процессов горения. Во вторую очередь - мониторинг объемных выбросов вредных дымовых газов.

Выходная информация системы передается на сервер ГПУ «Мосэкомониторинг» в автоматическом режиме каждые 10 мин в режиме реального времени.

Передаваемая информация, используемая для анализа экологической ситуации в г. Москве, содержит:

- название РТС;

- номер дымовой трубы;

- номер котла;

- дату и время формирования данных;

- средние, максимальные и минимальные значения массы вредных выбросов (NOx) в дымовых газах;

- расход газа.

7. ИТП ЧРП - инженерно-технологическая подсистема частотно-регулируемых приводов. ИТП ЧРП предназначена для автоматизированного частотного регулирования мощности электродвигателей сетевых, рециркуляционных, подпиточных насосов, а также насосов исходной и обессоленной воды. Система создается с целью оптимизации технологических режимов работы РТС, уменьшения расхода электроэнергии, увеличения ресурса работы электроприводов насосов за счет их «мягкого» пуска и останова, повышения надежности и безопасности работы теплосетей за счет исключения гидравлических ударов при пуске насосов, улучшения условий труда обслуживающего персонала. Блок-схема ИТП ЧРП РТС представлена на рис. 6.

Для РТС г. Москвы ИТП ЧРП выполняются на базе ПТК «Пилот», имеют многоуровневую структуру и включают в себя следующее оборудование:

АРМ ИТП ЧРП на базе персонального компьютера, инженерную станцию (ноутбук) и принтер, устанавливаемые на ЦПУ;

станции управления процессом (УПС) на основе контроллеров и ЧРП, в том числе:

- станцию управления УПС2, предназначенную для обеспечения связи с АСУ ТП и организации управления ИТП ЧРП РТС;

- станции управления процессом УПС51 и УПС52, предназначенные для управления сетевыми насосами;

- станции управления процессом УПС591, УПС592, для управления рециркуляционными насосами;

- станцию управления процессом УПС599 для управления подпиточными насосами;

- станцию управления процессом УПС71 для управления насосами исходной воды;

- станцию управления процессом УПС72 для управления насосами обессоленной воды.

Связь с АСУ ТП осуществляется через контроллер связи, находящегося в станции управления УПС2. Команды управления ИТП ЧРП и уставки поступают на УПС2 от оператора ЦПУ непосредственно с АРМ ИТП ЧРП по последовательному интерфейсу RS-485, работающему по протоколу MODBAS.

Для обеспечения комплексного решения задач безопасности работы РТС в ИАСУ поступает информация от автоматизированных систем охранной и пожарной сигнализации, выходная информация от которых, кроме прямого функционального назначения, используется в АСУ ТП для обеспечения безопасности протекания технологических процессов в экстремальных ситуациях.

Верхний уровень управления ИАСУ

Верхний уровень управления ИАСУ организован на ЦПУ и обеспечивает комплексное автоматизированное управление основными и вспомогательными технологическими процессами на РТС, а также функционирование локальных систем.

ЦПУ создается в соответствии с современными требованиями НТД и ГОСТов к эргономике, технической эстетике и техническими требованиями к реконструируемым или вновь создаваемым на РТС системам автоматизированного управления основными и вспомогательными технологическими процессами. Каждая система, входящая в состав ИАСУ РТС на ЦПУ представлена локальным АРМом.

Архитектурно-планировочное решение ЦПУ показано на рис. 7.

Функционирование верхнего уровня реализуется средствами программно-технического комплекса (ПТК), в том числе, операторскими станциями, АРМами, серверами, сетевыми средствами, ноутбуком, средствами связи, GSM-модемами, волоконно-оптической связью и др.

Операторские станции и АРМы функционально полностью взаимосвязаны и оборудованы техническими средствами для организации человеко-машинного интерфейса.

Все технические средства ИАСУ работают в системе единого времени.

Разрабатываемый комплекс программно-технических средств обеспечивает возможность модернизации и развития системы.

Электрическое питание технических средств всех уровней ИАСУ осуществляется от устройств бесперебойного питания.

автоматизация учет электроэнергия

Программное обеспечение ИАСУ

Программное обеспечение (ПО) ИАСУ состоит из общего и специального ПО контроллерного и верхнего уровней.

Общее ПО контроллерного уровня построено на базе операционной системы Linux и включает в свой состав программные компоненты, необходимые для обеспечения функционирования контроллеров МФК-3000 и других устройств данного уровня.

Общее ПО верхнего уровня включает в себя сетевую операционную систему Windows 2000 Professional, исполнительный модуль «Консоль оператора РТС» и программу сетевого обмена, которая обеспечивает взаимодействие контроллеров МФК-3000 с операторскими станциями верхнего уровня по встроенному протоколу NetBios.

Специальное ПО контроллерного уровня включает в свой состав:

инструментальную систему ISaGRAF;

ПО «Ядро исполнительной системы»;

библиотеку программных модулей для решения типовых задач контроля, управления, регулирования, защиты, диагностики и т.п.

Специальное ПО верхнего уровня включает в свой состав:

инструментальную систему «Borland C++ Builder 6»;

систему управления базами данных Borland InterBase 7;

программу ведения архивов;

ПО для решения задач автоматизированного управления основными производственно-технологическими участкам и объектами РТС.

Выводы

Реализуемые на РТС автоматизированные системы управления за счет оптимизации управления станцией, улучшают ее финансовые показатели, включая повышение отдачи основных фондов, ускорение оборота денежных средств, снижение себестоимости, своевременность поставок тепловой энергии потребителям города и в итоге повышают размеры прибыли.

Размещено на Allbest.ru