Автоматизация технологических процессов и АСУ

Автоматизированные системы управления относятся к социотехническим системам, т.к. в них главным является человек-оператор, который организует управление технологическим процессом с помощью соответствующих технических средств, на которых реализуются следующие подсистемы АСУ ТП:

теплотехнических и теплотехнических измерений;

- дистанционное управление (ДУ);

- технологические защиты и блокировки;

- технологических сигнализаций (ТС);

- автоматической системы регулирования (АСУ);

- управляющих вычислительных машин (УВМ).

Подсистема теплотехнических и электротехнических измерений

Большая часть информации для оперативного персонала ТЭЦ поступает от систем теплотехнического контроля.

Теплотехническим контролем называют процесс измерения теплотехнических величин (температуры, давления, расхода пара, воды и т.п.) с помощью совокупности средств, осуществляющих эти измерения.

Большинство теплотехнических измерений осуществляется с помощью измерительных систем дистанционного действия, состоящих из первичных измерительных преобразователей (датчиков), вторичных показывающих или самопишущих приборов и электрических или трубных линий связи между ними.

Современные системы теплотехнического контроля создаются на основе использования унифицированных сигналов связи между первичными преобразователями и вторичными приборами. Для наиболее употребительных в теплоэнергетике электрических сигналов устанавливаются следующие пределы: 0-5 мА; 0-20 мА; 0-100 мА; 0-10 В постоянного электрического тока; для пневматического сигнала 0,2-1 кгс/см² (0,02-0,1 МПа).

Дистанционное управление

Дистанционное управление, предназначено для воздействия на электрофицированные приводные механизмы и запорно-регулирующую арматуру, расположенную в различных местах, дистанционно, с поста управления оператора или автоматически, по заданиям логических программ.

Дистанционное управление (ДУ) подразделяется:

индивидуальное ДУ, для наиболее ответственных исполнительных органов;

избирательное ДУ, для всех исполнительных органов, включая управление автоматическими регуляторами и логическими устройствами;

групповое ДУ.

Индивидуальное ДУ должно быть реализовано на всех средствах, независимо от аппаратуры АСУ ТП, с закреплением за каждым органом управления отдельного, относящегося только к нему аппарата подачи команд (кнопок или ключа на пульте, или панели управления). При этом объем индивидуального ДУ ограничен перечнем исполнительных органов, которые участвуют в безопасном останове агрегата, при полном отказе программно-технических средств.

Основным видом ДУ является избирательное, которое осуществляется с пульта или панели оперативного контура с использованием экранов мониторов, функциональной клавиатуры или устройств КИПа (световое перо, мышь, сенсорный экран и т.д.). При этом выбор объекта управления должен осуществляться при минимальном количестве действий со стороны оператора. Информация об изменении состояния объекта при воздействии ДУ должна представляться на экранах мониторов со временем задержки отображения результатов выполнения команды не более 0,5 с.

Групповое ДУ используется для управления несколькими объектами с помощью одной команды, при этом могут применяться как простейшие программы, когда одна и таже команда одновременно подается сразу на несколько устройств управления (например команда открыть задвижки на группе дренажей), так и более сложные программы, которые определяют логическую последовательность открытия и закрытия задвижек при выполнении определенных условий (например, если параметр «а» больше параметра «б», на заданную величину, можно открыть задвижку «а», а после ее открытия закрыть задвижку «б»).

В случае использования группового ДУ для отдельных объектов управления, входящих в функциональную группу не предусматривается индивидуальное или избирательное управление с главного поста.

В системе дистанционного управления одним и тем же исполнительным механизмом с двух и более мест должна предусматриваться блокировка, позволяющая управлять только с одного рабочего места.

Основные технологические защиты и блокировки

Технологические защиты служат для предотвращения аварии оборудования в случае отклонения параметров за допустимые пределы. Действие защит связано с открытием запорных органов и пуском или остановом вспомогательного или основного оборудования. Устройства защиты обычно устанавливаются для контроля наиболее ответственных параметров, чрезмерное отклонение которых от заданных значений ведет к нарушению нормального технологического процесса и повреждению оборудования. Автоматические защитные устройства, обслуживающие тепловую часть электрической станции, называются тепловыми защитами. Автоматические защиты призваны воздействовать на объект лишь в исключительных случаях, т.е. в предаварийном или аварийном положении и при резких, глубоких сбросах электрической и тепловой нагрузок.

По степени воздействия на защищаемые установки, защитные устройства разделяются на основные (главные) и местные (локальные). К основным, относятся защитные устройства, действие которых приводит к останову парогенератора или энергоблока в целом, или к глубокому снижению их нагрузки. Местные защиты предотвращают развитие аварии без останова основных агрегатов.

Подмена защитных устройств в аварийных ситуациях невозможна, поэтому они должны быть более надежными, чем непрерывно действующие системы контроля и регулирования. Большинство современных защитных устройств представляют собой системы непрямого действия, включающие отдельные, связанные между собой, элементы:

первичные приборы (датчики, снабженные электрическими контактами);

усилительные устройства;

промежуточные реле;

устройства пуска и останова исполнительных механизмов.

Дополнительным мероприятием, повышающим надежность действия защитных устройств, служит использование высоконадежных источников электрического питания цепей управления. Таким источником на ТЭС служит аккумуляторная батарея с напряжением 220 В. Питающее напряжение подводится к панелям защиты по двум независимым линиям, одна из которых является резервной. При этом сигнал об отключении напряжения питания на каждую из групп защит автоматически передается оператору на щит управления с помощью сигнальных устройств (световое табло, звуковой сигнал). Мерой надежности тепловой защиты служит среднее время наработки на один отказ или среднее время работы между двумя отказами.

Технологические защиты турбины:

защита от повышения частоты вращения ротора турбины,

защита от ухудшения вакуума в конденсаторе,

защита от понижения давления масла в системе смазки и охлаждения подшипников,

защита от повышения уровня конденсата в ПВД.

Технологические защиты турбины предназначены для быстрого останова турбины и блока при возникновении аварийной ситуации. Защиты вступают в работу при отключении отдельных параметров до аварийной величины, угрожающей повреждением оборудования.

Технологические защиты барабанных паровых котлов:

защита от повышения давления пара.

Каждый паровой котел на случай повышения давления пара сверх допустимого снабжается предохранительными клапанами, действующими по принципу регуляторов давления «до себя». Клапаны устанавливаются на выходном коллекторе пароперегревателя и в барабане. Суммарная пропускная способность этих клапанов выбирается с некоторым запасом по отношению к максимальной производительности парового котла на случай отказа части клапанов. При этом клапаны установленные на выходном коллекторе, должны открываться раньше барабанных и при меньшем по абсолютному значению давлению пара на 0,2 - 0,3 Мпа, с тем чтобы обеспечить охлаждение змеевиков пароперегревателя паром при наличии факела в топке. На современных паровых котлах и паровых коллекторах в комплекте предохранительных клапанов используются специальные импульсные предохранительные устройства. (ИПУ).

защита по уровню в барабане;

защита от потускнения и погасания факела;

защита от понижения температуры перегрева первичного пара.

Технологические защиты барабанных паровых котлов предназначены для быстрого останова котла при возникновении аварийной ситуации, развитие которой грозит повреждением оборудования.

3. Автоматическая защита от понижения температуры пара

Логическая схема защиты от понижения температуры пара

Принципиальная электрическая схема защиты от понижения температуры пара на входе в турбину приведена на рисунке 9.9. В качестве датчиков предельного значения температуры пара используют контакты соответствующих автоматических потенциометров (SK3A, SK3Б - температура в стопорных клапанах; SK1A, SK1Б и SK2A, SK2Б - температура после котлов). В качестве главного элемента ТЗ используется указательное реле типа РУ21 (позиция КН15.1). Схема выполнена в части привода этого реле. Кроме того, используют промежуточные реле постоянного тока РП23 (позиции К1, К2, К3).

Принципиальная электрическая схема защиты от понижения температуры

Система работает следующим образом. При понижении температуры в одном из стопорных клапанов (SK3A или SK3Б) включается соответствующее промежуточное реле (К1 или К2). Если произошло понижение температуры пара в одном из паропроводов, подводящих пар к этому стопорному клапану, включается промежуточное реле К3, срабатывание которого происходит, если котел, на котором произошло понижение температуры, подключен к турбине (контакты К4.2 и К5.2 реле типа РП25.2 замкнуты). При этом защита от понижения температуры пара на этом котле введена в действие (ключи SA1 и SA2 типа ПМОФ). После срабатывания реле К3 система ТЗ выполняет операции, приводящие к останову турбины и включению указательного реле КН15. После закрытия стопорных клапанов контакт реле К20.3 размыкается и отключает реле КН15, что позволяет привести указательное реле в исходное положение. Взвод указательного реле КН15 осуществляют вручную после обнаружения причины срабатывания ТЗ и устранения неисправности.

Технологическая сигнализация

Технологическая сигнализация осуществляет прием и представление информации о нарушении в режиме технологического процесса, в работе агрегата или технологических систем, установка контроля и управления. Сигнализация делится на технологическую и аварийную. Технологическая сигнализация предупреждает оператора об отклонениях рабочих параметров за установленные пределы, о рабочем состоянии механизмов, об положении запорной и регулирующей арматуры. Аварийная сигнализация сообщает оператору информацию о срабатывании технологических защит, аварийных отключениях (включениях) резерва и аварийного отклонения технологических параметров за допустимые пределы. Для оповещения персонала применяют акустические и зрительные индикаторы.

Звуковая сигнализация обычно выполняется двухтональной. Первый тон - звонок или зуммер - включается при подаче предупредительного сигнала, второй сигнал более мощного звучания, обычно сирена - включается и оповещает персонал об авариях или аварийных отключениях.

Визуальная сигнализация - обычно световая - осуществляется сигнальными лампами с двухцветным (красным и зеленым) кодированием состояния объекта или же с помощью двухламповых или одноламповых табло.

4. Функции АСУ ТП