САУ Фосфатування, Амінування та Гідразину котлоагрегатів БКЗ 160–100 ПТ
| Початок: 11(жовтень) 2013р Завершення: 12(грудень) 2014р + 12(грудень) 2015р (Продувка) Розташування: м.Краматорськ, ТЕЦ Замовник: Товариство з обмеженою відповідальністю "Краматорськтеплоенерго",  Осипов Юрій МиколайовичУчасники: Роман Савоченко,  ТОВ НІП "ДІЯ"Опис: Система автоматизованого управління Фосфатування, Амінування, Гідразину, продувки котлової води котлоагрегатів БКЗ 160–100 ПТ №6,7,8,9 |  |
Об'єкт автоматизації
У експлуатації ТОВ Краматорськтеплоенерго є ТЕЦ у складі п'яти функціонуючих котлоагрегатів БКЗ 160–100 ПТ (5, 6, 7, 8 и 9). Котли виробляють пар тиском 100 кгс/см2, із номінальною продуктивністю до 160 т/год, на котел. Вироблений пар подається на турбіни та теплоносій централізованого опалення міста Краматорьск. Паливо котлів становить вугільний пил та природний газ, переважно для розпалювання та підсвічування. Основним вугіллям виступають негазове-антрацитне вугілля, яке менш вибухонебезпечне та дозволяє здійснювати помел на температурах до 150°С.
Для живлення котлоагрегатів використовується додаткова та циркуляційна вода. Воду живлення котлоагрегату попередньо потрібно підготувати, з метою попередження накипформування та корозії основного та допоміжного обладнання. Саме для корекційної обробки живильної води і застосовується її "Амінування", "Гідразування" та "Фосфатування" (для котлової води).
Зниження швидкості корозії забезпечується створенням відновлювального середовища у конденсатному тракті та глибоким зв'язуванням кисню та нітритів після деаератору посередництвом вводу відновлювачів, регулюванням значення показників рН середовища за рахунок вводу аміаку. Більш високий ступінь зв'язування нітритів та залишкового кисню може здійснюватися гідразингідратом (у даному випадку), гідразинсульфатом, сульфитом натрію.
Для попередження відкладень котлову воду обробляють фосфатами. Фосфатування є ефективним засобом попередження утворення тільки кальцієвих відкладень. Частиною процесу знесолення є також безперервна продувка котлоагрегату, а саме безперервний проток засоленої води із дна барабану котла. Безперервна продувка також передбачається САУ "Фосфатування".
САУ
Структурну схему САУ зображено на рисунку 1, складовими вузлами якої є чотири шафи контролерів та станція автоматизованого робочого місця оператору АРМ.
Рис. 1. Структурна схема САУ.
САУ "Амінування" та "Гідразину" розташовано у одному приміщені "Водоприготування", однак виконано їх у окремих шафах ШУ1 та ШУ2, відповідно. У кожній шафі розташовано окремий контролер, та контролер САУ "Гідразину" підключено у локальну мережу через другий інтерфейс контролеру САУ "Амінування", де обидва інтерфейси поєднано у "міст". Основним завданням САУ "Амінування" та "Гідразину" є дозована подача аміаку та гідразингідрату у живильну воду, що здійснюється насосами, підключеними через перетворювачі частоти (ПЧ). Управління ПЧ здійснюється із ПЛК за посередництвом інтерфейсного зв'язку RS-485 та протоколу ModBus/RTU.
САУ "Фосфатування" поділено на дві частини. Першу частину представлено шафою ШУ4 (приміщення Центрального Теплового Щита), у якій встановлено ПЛК, та другу частину шафою ШУ3 (приміщення неоперативного контуру котлоагрегату №8) із кошиком УПО та перетворювачами частоти насосів подачі фосфатів котлів №6,7,8,9. Основні сигнали САУ заведено на кошик УПО, який за інтерфейсом RS-485 та протоколом DCON підключено до ПЛК. Управління ПЧ подачі фосфатів здійснюється із ПЛК посередництвом інтерфейсного зв'язку RS-485 та протоколу ModBus/RTU. Підключення ПЛК у локальну мережу здійснюється через комутатор у шафі ШУ3, причому дві пари RS-485 та дві Ethernet підведені між шафами ШУ3 та ШУ4 одним кабелем витої пари категорії 5 довжиною біля 100м.
ПЛК ШУ4 (приміщення Центрального Теплового Щита) крім безпосередньо функцій САУ "Фосфатування" наділено також функцією САУ "Безперервної продувки" та АСК "Водо-Хімічного Режиму (ВХР)", чому й отримав назву "Загальностанційний".
САУ "Безперервної продувки", реалізована у загальностанційному контролері, представлена чотирма клапанами витрати потоку безперервної продувки з імпульсним управлінням. Сигнали САУ заведено безпосередньо на модулі ПЛК. У зв'язку із потребою управління САУ оператором котлоагрегатів її інтерфейс заведено на САУ ШБМ, а загальностанційний ПЛК включено у мережу САУ "ШБМ".
АСК "ВХР" реалізовано на основі пристроїв аналізу хімічного режиму води (УПП) від попередньої системи, АРМ якої (реалізований на закритих технологіях) із часом став непрацездатним. Тобто всі пристрої УПП (15 одиниць), у мережі RS-485 за протоколом ModBus/RTU, було підключено до загальностанційного ПЛК. Низка параметрів АСК використовуються у САУ "Амінування", "Гідразину", "Фосфатування" та "Безперервної продувки" для управління подачею/дозування за аналізом. В цілому кожний УПП дозволяє виміряти наступні параметри: "Температура проби", "Значення pH", "Значення cNa", "Значення розчиненого O2", "Електролітична провідність".
Всі вузли САУ підключено у локальну мережу САУ "Вода", із власною маскою, яка фізично має вихід у заводську мережу.
ПЛК
У якості програмованого логічного контролеру (ПЛК) у проекті застосовано ПЛК LP-8781 фірми ICP DAS серії LinPAC. Промислові контролери цього сімейства є першим продуктом, який побудовано на x86 сумісному процесорі та позбавлено проблеми низької продуктивності обчислень із плаваючою точкою оточень ARM-контролерів.
ПЛК (рис.2) конструктивно виконано за модульним принципом, де модулі встановлюються у кошик. Кошик поєднано із процесорним модулем та може мати 1, 3 або 7 слотів для модулів розширення. Модулі розширення можуть бути двох типів, а саме модулі на паралельній та послідовній шині. Модулі на паралельній шині (I-8x) є швидкими. Модулі на послідовній шині (I-87x) встановлюються на шину інтерфейсу RS-485 та працюють зі швидкістю 115000 біт/с за протоколом DCON. Крім модулів безпосередньо у кошику контролер може розширюватися додатковими кошиками із модулями на послідовній шині (I-87x) через послідовні інтерфейси процесору. Один із таких кошиків розширення I-87K9 (рис.3) було застосовано для збору сигналів САУ Фосфатування.
Рис. 2. ПЛК серії LP-8x81.
Рис. 3. Кошик розширення I-87Kx.
Процесор контролеру має наступні технічні характеристики:
| CPU | AMD LX800 процесор (32-біт та 500 МГц) |
| Системна пам'ять | 1 GB RAM |
| SRAM з подвійним живленням від батареї | 512 КБ (зі збереженням протягом 5 років) |
| Flash | 4 ГБ як IDE Master |
| EEPROM | 16 КБ Збереження даних: 40 років; 1,000,000 циклів видалення/запису. |
| CF карта | 8 ГБ (підтримка безпосередньо до 32 ГБ) |
| 64-біт Серійний Номер Обладнання | Є |
| Подвійний Watchdog таймер | Є |
| VGA | 640 x 480 ~ 1024 x 768 |
| Ethernet порти | RJ-45 x 2, 10/100 Base-TX Ethernet Контролер (Авто-погодження, авто MDI/MDI-X, LED індикатор) |
| USB 1.1 (хост) | 2 |
| COM1 | Внутрішня комунікація з модулями I-87K у слотах |
| COM2 | RS-232 (RxD, TxD и GND); Не ізольовано |
| COM3 | RS-485 D2+,D2-;само-налаштування ASIC всередині |
| COM4 | RS-232/RS-485 (RxD, TxD, CTS, RTS та GND для RS-232, Data+ та Data- для RS-485); Не ізольовано |
| COM5 | RS-232 (RxD, TxD, CTS, RTS, DSR, DTR, CD, RI и GND); Не ізольовано |
| Джерело живлення | Нерегульоване +10В ... +30В |
| Робоча температура | -25 ~ +75 °C |
Кошик розширення I-87K{X} має наступні технічні характеристики:
| COM2 | RS-485 (Data+, Data-); Напруга ізоляції 3000В. |
| Джерело живлення | Нерегульоване +10В ... +30В |
| Робоча температура | -25 ~ +75 °C |
Сумарна ємкість САУ складає: 27AI, 115DI, 101DO. Згідно структури САУ будується на трьох контролерах та одному кошику розширення, набивка яких модулями наступна:
| Слот | Модуль | Зауваження |
| САУ Амінування (ШУ1) | ||
| 1, 2, 3 | LP-8781 | Кошик 10 слотів з процесором у слотах 1-3 |
| 4 | I-87019RW | 8-каналів AI. |
| 5 | I-87040W | 32 канали DI. |
| 6 | I-87041W | 32 канали DO. |
| 7 | Вільний | |
| 8 | Вільний | |
| 9 | Вільний | |
| 10 | Вільний | |
| САУ Гідразину (ШУ2) | ||
| 1, 2, 3 | LP-8781 | Кошик 10 слотів з процесором у слотах 1-3 |
| 4 | I-87017ZW | 10-каналів AI. |
| 5 | I-87040W | 32 канали DI. |
| 6 | I-87040W | 32 канали DI. |
| 7 | I-87041W | 32 канали DO. |
| 8 | I-87041W | 32 канали DO. |
| 9 | Вільний | |
| 10 | Вільний | |
| САУ Фосфатування (ШУ3) | ||
| 1 | I-87K9 | Кошик 10 слотів з конвертером у слоті 1 |
| 2 | I-87017ZW | 10-каналів AI. |
| 3 | I-87017ZW | 10-каналів AI. |
| 4 | I-87040W | 32 канали DI. |
| 5 | I-87041W | 32 канали DO. |
| 6 | Вільний | |
| 7 | Вільний | |
| 8 | Вільний | |
| 9 | Вільний | |
| 10 | Вільний | |
| Загальностанційний контролер (ШУ4) | ||
| 1, 2, 3 | LP-8781 | Кошик 10 слотів з процесором у слотах 1-3 |
| 4 | I-87017ZW | 10-каналів AI. |
| 5 | I-87040W | 32 канали DI. |
| 6 | I-87041W | 32 канали DO. |
| 7 | Вільний | |
| 8 | Вільний | |
| 9 | Вільний | |
| 10 | Вільний | |
Для підключення UPS використано USB інтерфейс контролеру та АРМ.
Прошивка програмного оточення створювалась у відповідності із інструкцією тут.
У процесі впровадження, перевірки та експлуатації OpenSCADA у ролі середовища виконання ЗДС було виявлено та виправлено низку проблем, а саме:
- DAQ.BlockCalc: не запуск або зупинка обчислення блокової схеми у випадку виключення при запису до RO атрибуту.
- DAQ.BlockCalc: не завжди коректне сортування блоків у потрібній послідовності, при очевидній конфігурації.
- DAQ.ICP_DAS: нестійке проходження команд з контролеру ШУ4 у зв'язку відсутністю захоплення ресурсу вибору слота модуля у кошику ПЛК.
- DAQ.JavaLikeCalc: падіння у випадку роботи (компіляція, виконання, видалення) динамічних процедур низки параметрів у одному об'єкті функції.
АРМ
Автоматизоване робоче місце (АРМ) оператору виконано на основі моноблокового ПК "Asus EeeTop PC ET1612" із сенсорним екраном та наступною конфігурацією:
| Компонент | Найменування |
| Процесор | Intel Celeron 847 (1.1 ГГц), двоядерний |
| Чипсет | Intel HM70 |
| Оперативна пам'ять | DDR3 2 Гб |
| Твердотільний диск (SSD) | Goodram Play 32GB 2.5" |
| Інтерфейси | 2 x RS232, RJ-45, 2 x USB 2.0, 2 x USB 3.0, WLAN |
| МультіМедіа | вбудовані динаміки 2х1.5 Вт; мікрофон; Web-камера; КардРідер MMC/SD/SDHC |
| Клавіатура | ASUS AK1D |
| Маніпулятор миші | ASUS AM1D |
| Дисплей | 15,6" / 1366x768 / Сенсорний |
АРМ оператору встановлено на столі у приміщенні лабораторії, рис.4.
Рис. 4. АРМ САУ "Вода".
На АРМ встановлено системне ПЗ ALTLinux T6 та SCADA-система OpenSCADA 0.9-Work.
Виконано наступні заходи по загально-системній конфігурації:
- Налаштована синхронізація часу контролерів за АРМ.
- Створено обліковий запис оператору "operator".
- Налаштовано автоматичне завантаження робочого інтерфейсу від ім'я оператору та запуск системи OpenSCADA із проектом САУ.
- Оточення робочого стола TDE налаштовано для виключення зайвих функцій при роботі із діалоговими вікнами та виключення можливості закриття інтерфейсу оператора маніпулятором миші.
У процесі впровадження, перевірки та експлуатації OpenSCADA у ролі SCADA-станції було виявлено та виправлено низку проблем, а саме:
- Archive.FSArch: не підключення файлів архіву, джерело якого з'являється із затримкою.
- Archive.FSArch: викривлення деяких файлів архіву низької якості, за звичай хвилинні, супроводжуване втратою у кінці архіву недостовірності та як наслідок помилкового встановлення вершини архіву параметру далеко у майбутньому, на фізичному закінчені проблемного архівного файлу.
- UI.Vision: нестиковка градієнтного заповнення примітиву "ElFigure".
Інтерфейс користувача
Інформація про технологічний процес відображається на відеокадрах, формованих програмою відображення на екрані дисплею, який входить до складу кожного АРМ. Відображувана інформація має визначену область виводу у межах відеокадру у залежності від його призначення. На рисунку 5 цифрами вказано області виводу відеокадру:
2. панель вибору типу відображення, навігації за відеокадрами та місцевої квітації;
3. панель управління;
4. робоча область відображення;
5. таблиця актуальних порушень;
6. стани підключень із ПЛК;
7. панель стану із інструментами.
Рис. 5. Структура відеокадру.
Об'єкт управління розбивається функціонально та технологічно на блоки, звані об'єктами сигналізації. Кожному із об'єктів сигналізації ставиться у відповідність набір відеокадрів, об'єднаних у групи. Панель об'єктів сигналізації представляє собою набір екранних кнопок для вибору об'єктів та закріплених за ними груп відеокадрів.
Панель об'єктів сигналізації включає наступні кнопки:
- "Амінування" — вибір групи відеокадрів для управління та контролю Амінування живильної води.
- "Гідразин" — вибір групи відеокадрів для управління та контролю подачі Гідразин Гидратау у живильну воду.
- "Фосфатуванням" — вибір групи відеокадрів для управління та контролю подачі Фосфатів у котлову воду.
- "ВХР" — вибір групи відеокадрів для контролю хімічного режиму води.
- "Діагностика" — вибір групи відеокадрів діагностики обладнання автоматизації.
До кожного об'єкту сигналізації можуть бути прив'язані наступні типи відеокадрів:
- мнемосхеми;
- групи графіків;
- групи оглядових кадрів;
- групи контурів параметрів;
- документи.
Мнемосхеми
Вікно мнемосхеми викликається за натиском відповідної кнопки типу відображення і призначено для:
- графічного (мнемонічного) зображення фрагменту об'єкту управління;
- відображення поточного стану параметру у графічному вигляді;
- відображення поточного стану параметру у текстовому вигляді;
- виклику вікна управління параметром на панель управління.
Амінування
Управління процесом амінування здійснюється за посередництвом двох мнемосхем, де перша "Основна" (рис.6) містить мнемонічне зображення технологічного процесу з елементами контролю, а друга "Зовнішні налаштування регулювання" (рис. 7) містить зовнішні налаштування регулювання, відповідно.
Рис. 6. Амінування: мнемосхема "Основна".
Рис. 7. Амінування: мнемосхема "Зовнішні налаштування регулювання".
Переклад
Гідразування
Управління процесом гідразування здійснюється за посередництвом трьох мнемосхем, де перші дві "Основні" (рис. 8 та 9) містять мнемонічне зображення технологічного процесу з елементами контролю, а третя "Зовнішні налаштування регулювання" (рис. 10) містить зовнішні налаштування регулювання, відповідно.
Рис. 8. Гідразування: мнемосхема "Основна 1".
Рис. 9. Гідразування: мнемосхема "Основна 2".
Рис. 10. Гідразування: мнемосхема "Зовнішні налаштування регулювання".
Фосфатування
Управління процесом фосфатування здійснюється за посередництвом двох мнемосхем, де перша "Основна" (рис.11) містить мнемонічне зображення технологічного процесу з елементами контролю, а третя "Зовнішні налаштування регулювання" (рис.12) містить зовнішні налаштування регулювання, відповідно.
Рис. 11. Фосфатування: мнемосхема "Основна".
Рис. 12. Фосфатування: мнемосхема "Зовнішні налаштування регулювання".
Хім. режим води (ВХР)
Контроль за хімічним режимом води здійснюється за посередництвом однієї мнемосхеми зі зведеною таблицею параметрів води (рис. 13).
Рис. 13. Хім. режим води: мнемосхема "Основна".
Діагностика
Контроль за обладнанням САУ здійснюється за посередництвом мнемосхеми "Основна" (рис. 14).
Рис. 14. Діагностика: мнемосхема "Основна".
Неперервна продувка
Управління процесом неперервної продувки здійснюється з АРМів "Млини" за посередництвом мнемосхеми "Основна" (рис.15).
Рис. 15. Неперервна продувка: мнемосхема "Основна".
Група графіків значень параметрів
Вікно групи графіків викликається за натиском відповідної кнопки типу відображення та призначено для перегляду значень до десяти параметрів за визначений час у графічному вигляді.
Передбачено вісім груп графіків технічних параметрів у наступній конфігурації за об'єктами сигналізації:
- Амінування: "Загальні" (рис. 16)
- Гідразин: "Загальні", "Оточення"
- Фосфатування: "Рівні", "Продуктивність насосів", "Електропровідність", "Насоси", "Питома вода".
- Хім. режим води: "Питома вода", "Конденсат турбін", "Вода за деаераторами", "Котлова вода К6,7", "Котлова вода К8,9", "Перегрітий пар котла К6,7", "Перегрітий пар котла К8,9".
- Непер. продувка: "Витрати продувки", "Продувні клапани".
- Діагностика: "АРМ", "ПЛК: Загальностанційний", "ПЛК: Амінування", "ПЛК: Гідразування".
Рис. 16. Амінування: група графіків "Основна".
Документи
Вікно документів викликається за натиском кнопки типу відображення та містить документ з переліку доступних.
Журнал втручань
Журнал втручань (рис. 17) призначено для перегляду дій оператора, здійснюваних з даного АРМ (зміни стану ключів деблоку, режимів, коефіцієнтів налаштування регуляторів та інше).
Рис. 17. Журнал втручань.
Протокол порушень
Протокол порушень (рис. 18, 19, 20) призначено для перегляду порушень за обраним об'єктом сигналізації (порушення параметром регламентних границь, недостовірність параметру, діагностика параметру та інше).
Рис. 18. Амінування: протокол порушень.
Рис. 19. Гідразування: протокол порушень.
Рис. 20. Фосфатування: протокол порушень.
Посилання