Об энергосбережении при автоматизации технологических процессов
Использование современных технологий позволяет экономить энергоресурсы. Рассмотрим на примерах, как это происходит. Насосные установки, управляемые частотно-регулируемым приводом, обеспечивают водоснабжением, работая с переменной нагрузкой. Находясь в сети, и работая периодично, агрегаты потребляют электроэнергии значительно меньше. Данный эффект можно получить, если соединить в сеть турбогенераторы, вентиляторы котельных установок и подобное оборудование.
Автоматизация технологических процессов уменьшает потребление электричества, и увеличивает срок эксплуатации оборудования. Например, частотное регулирование приводов вентиляторов среднего дуться, использующихся в цементном производстве, оптимизирует работу и обеспечивает энергосбережение. Традиционное оборудование работает менее эффективно, автоматизация – инновационное решение, положительно влияющее не результат.
Энергосбережение в производстве
Автоматизация высокоточных технологических процессов позволяет снижать затраты на последующую обработку. Формирование деталей идеальных размеров обеспечивает конечным результатом, не требующим дополнительных вложений. Применение автоматизированных систем в сталеплавильных цехах позволило повысить устойчивость процесса. Автоматизация руднотермических и дуговых печей позволяет получать стабильное регулирование процесса, и снижает колебание токов, что увеличивает эффективность дуги.
Автоматизация дробильного оборудования позволяет получить такие преимущества, как:
• регулирование процесса и запуск механизмов в автоматическом режиме;• осуществление контроля над динамическими нагрузками.
Своевременное отключение оборудования при перегрузках, предотвращает преждевременный износ или выход из строя механизмов.
В статье показано, как с помощью технологий, разработанных ЗАО «НВТ-Автоматика», можно повысить энергоэффективность производства. Программно-технический комплекс «САРГОН» позволяет контролировать расход энергоресурсов, их распределение между потребителями, сократить затраты при транспортировке, снизить аварийность, повысить экологичность и выполняет многие другие функции.
ЗАО «НВТ-Автоматика», г. Москва
Основными положениями Федерального закона РФ от 23 ноября 2009 г. об энергосбережении и энергоэффективности (№ 261‑ФЗ) закреплены требования по энергоэффективности к зданиям, строениям, сооружениям, требования по переходу на расчеты за энергоресурсы по приборам учета и обязательность составления программ по энергосбережению и повышению энергоэффективности.
Технологии, разработанные ЗАО «НВТ-Автоматика», позволяют решать задачи энергосбережения и повышения энергоэффективности путем балансировки потребления, снижения потерь при транспортировке и оптимизации затрат на производство энергоресурсов за счет комплексной автоматизации энергетического оборудования. Причем этот «рецепт» подходит как для муниципальных образований (сетей тепло- и водоснабжения), так и для крупных предприятий, производящих и потребляющих различные виды энергоресурсов (природный газ, мазут, пар различных параметров, техническая вода различного назначения, аммиачный холод, технологические газы).
Системы автоматизации, внедряемые ЗАО «НВТ-Автоматика», выполняют все стандартные функции, необходимые для автоматизированных систем управления.
Учет и контроль. С помощью сигналов, поступающих с датчиков, которые измеряют технологические параметры (расход, давление, уровень, ток электродвигателей, потребление электроэнергии и т. ), а также передают данные о состоянии арматуры и механизмов («включено», «отключено», «открыто», «закрыто» и т. ), контролируется ход технологических процессов. Информация появляется на рабочем месте оператора как мгновенно – в виде кадров, фиксирующих текущие значения параметров, так и в виде графиков и барограмм, в которых отражены ретроспективные значения измеренных и расчетных параметров. Возможности системы позволяют вести учет израсходованных энергоресурсов по видам и потребителям, контролировать время работы оборудования (для планирования ремонта), анализировать технико-экономические показатели, обнаруживать утечки и повреждения. Полученную информацию и расчетные значения можно использовать в алгоритмах управления. При нарушениях технологического процесса, несанкционированных изменениях в составе работающего оборудования и возникновении неисправностей предусмотрена сигнализация с указанием времени и причины срабатывания.
Дистанционное управление арматурой и механизмами. Открытие, закрытие, пуск, останов арматуры и механизмов производится как по сигналам автоматики (защита, блокировка, логическое управление, регуляторы), так и непосредственно по командам оператора.
Защиты и блокировки. Немаловажной задачей, решаемой с помощью автоматизации, является защита оборудования в нештатных ситуациях и обеспечение безопасности обслуживающего персонала. Анализ аварий, происходящих в котельных и на других газоиспользующих объектах, показывает, что в основном они происходят при повторных розжигах и причиной их становится так называемый человеческий фактор. Алгоритмы блокировок запретят выполнение действий, нарушающих технологический процесс, а алгоритмы защит предотвратят развитие нештатных ситуаций путем своевременного отключения подачи энергоресурсов.
Автоматическое управление. Автоматическое управление оборудованием осуществляется с помощью технологии защит, блокировок, а также с помощью логического управления и регуляторов. Логическое управление позволяет в заданное время без участия персонала производить включение/отключение оборудования и механизмов (в том числе – автоматическое включение резерва). При этом автоматическое регулирование обеспечивают оптимальный ход технологического процесса.
Рассмотрим на примере основных технологических процессов, каким путем можно снизить затраты и потери при производстве и распределении энергоресурсов.
Распределение между потребителями. При наличии нескольких потребителей распределение энергетических потоков между ними часто производится без учета изменения соотношения нагрузок в течение суток и сезона работы. Если непрерывно регулировать распределение потоков энергоресурсов, можно значительно повысить энергоэффективность. При большом количестве потребителей регулирование целесообразно производить не по каждому потребителю, а в нескольких узловых точках. Данные для системы регулирования (расход, давление, температура энергоносителей) можно получать из систем коммерческого и технического учета.
Транспортировка. Расчетно-диагностическая обработка значений технологических параметров в трубопроводах и линиях передачи энергии во всех узлах и важных промежуточных точках поможет оперативно обнаруживать:
— утечки энергоносителя;
— повреждения теплоизоляции;
— отложения в трубопроводах;
— забивание фильтров;
— отклонение технологических показателей качества энергоносителей.
Производство. Используя данные по транспортировке и распределению энергоресурсов, можно своевременно и качественно регулировать, а в аварийных ситуациях – снижать до безопасного уровня или прекращать совсем производство энергоносителей. Применение для автоматизации производства современных программно-технических комплексов позволяет внедрять системы автоматического регулирования сложных технологических установок (котлов, компрессоров, турбин и т
— регуляторы с корректирующими контурами;
— иерархические каскадные регуляторы;
— многопараметрические регуляторы;
— быстродействующие регуляторы (например, противопомпажные регуляторы компрессоров).
Максимальный экономический эффект от автоматизации производства достигается при использовании алгоритмов группового управления мощностью энергетических установок.
Приведем несколько красноречивых примеров:
— автоматизированное управление группой насосов с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) с плавным регулированием мощности, автоматическим включением/отключением насосов при значительном изменении нагрузки и возможностью переключения ЧРП между насосами;
— управление мощностью компрессоров, работающих на общий коллектор, с учетом индивидуального КПД и текущего положения рабочей точки на характеристике каждого компрессора;
— изменение производительности котлов, работающих на общий коллектор, с учетом индивидуального КПД и текущей нагрузки каждого котла.
Для контроля и управления технологическими процессами на энергетическом оборудовании целесообразно организовать единую диспетчерскую. В диспетчерской должно быть установлено необходимое количество автоматизированных рабочих мест и сервер, обеспечивающий длительное хранение данных о технологических процессах, возможность их контроля, документирования и диагностического анализа. Связь диспетчерской с локальными системами автоматизации должна осуществляться по проводным или беспроводным линиям в зависимости от местных условий.
Создание объединенной диспетчерской позволяет выполнить задачи и внедрить процессы, дающие предприятию серьезные преимущества:
— автоматизированный контроль параметров технологического процесса по всему основному оборудованию с отражением данных на АРМ оператора, регистрацией и архивацией значений, отображением тенденций изменения технологических параметров и сигнализацией;
— мониторинг оперативного баланса;
— оптимизацию распределения нагрузки между группами оборудования;
— сбор и анализ данных от узлов коммерческого и технического учета, выявление потерь от недоучета;
— контроль за фактическими потерями на участках транспортных сетей;
— дистанционное и автоматическое регулирование на узлах транспортных сетей (например, на тепловых пунктах);
— отображение в реальном времени диагностической информации, что позволит операторам и техническому персоналу немедленно принимать меры по локализации и устранению дефектов в работе технологического оборудования и средств автоматизации;
— оптимизацию распределения оперативного и ремонтного персонала.
Рис. Программно-технический комплекс «САРГОН»
Программно-технический комплекс «САРГОН» разработки ЗАО «НВТ-Автоматика» воплощает в себе ряд технологических решений, позволяющих при создании систем комплексной автоматизации снизить совокупную стоимость внедрения:
— высокая помехоустойчивость и широкий температурный диапазон работы контроллеров позволяют отказаться от промежуточных преобразователей, специальных помещений и дорогих шкафов;
— поддержка распределенных структур с невысокой стоимостью канала ввода/вывода дает возможность резко сократить объем монтажных работ и кабельной продукции;
— схема активного резервирования позволяет одновременно повысить надежность и сократить избыточность резервирования систем;
— автоматизация процесса разработки снижает себестоимость работ по проектированию;
— технология многоэтапного внедрения ускоряет отдачу вложенных денег и позволяет отказаться от применения устаревших средств даже при небольших модернизациях существующего оборудования.
Благодаря указанным решениям стоимость внедрения АСУ ТП при модернизации существующего оборудования сопоставима (а иногда и дешевле!) стоимости замены существовавшей системы контроля и управления на современные показывающе-регистрирующие приборы с локальными средствами автоматизации (микроконтроллерные регуляторы и модули защит). При этом преимущества комплексной автоматизации на единой аппаратно-программной базе неоспоримы.
Не полностью решенными остаются вопросы финансирования и окупаемости внедрения систем автоматизации для повышения энергоэффективности. Согласно Приказу Минэкономразвития России от 17 февраля 2010 г. № 61, внедрение систем автоматизации работы и загрузки котлов, общекотельного и вспомогательного оборудования, автоматизация отпуска тепловой энергии потребителям, внедрение частотно-регулируемого привода электродвигателей тягодутьевых машин и насосного оборудования, снижение энергопотребления на собственные нужды котельных входят в перечень мероприятий в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности, который может быть использован в целях разработки региональных, муниципальных программ в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. В статье 13 Федерального закона РФ от 23 ноября 2009 г. об энергосбережении и энергоэффективности (№ 261-ФЗ) указано, что производимые, передаваемые, потребляемые энергетические ресурсы подлежат обязательному учету с применением приборов учета используемых энергетических ресурсов. В этом же законе описаны условия и возможности энергосервисных договоров (контрактов) для выполнения мероприятий по энергоэффективности. На практике же производители не спешат вкладывать средства в мероприятия, которые могут привести к уменьшению стоимости или количества отпускаемых потребителям энергоресурсов. При этом часто не учитывают, что правильно спроектированные и качественно налаженные системы комплексной автоматизации дают существенный экономический эффект. Этот эффект достигается по следующим позициям:
Сокращение затрат на персонал. Автоматизация работы оборудования (в том числе автоматизация включения/отключения оборудования и механизмов) и организация общей диспетчерской позволят сократить персонал, обслуживающий энергетическое оборудование. В зависимости от существующей структуры оперативного и ремонтного персонала сокращение может достигать 15–35 %. Например, для котельных, в которых фонд оплаты труда составляет 25–60 % от себестоимости Гкал, сокращение затрат составит 3,75–21 %.
Снижение аварийности. Работа под управлением регуляторов и постоянным контролем защит позволит избежать серьезных аварий. Иными словами, снизится количество пусков/остановов и простоев оборудования из-за поломок. С помощью данных, собираемых диспетчерской, будут определяться порывы транспортных сетей. Даже если не учитывать ущерб от возможных несчастных случаев и разрушения оборудования и сооружений, в зависимости от существующего уровня автоматизации сокращение затрат составит 3–7 %.
Повышение экологичности. За счет постоянного контроля и регулирования процессов производства энергоресурсов существенно сократится число выбросов и протечек.
Внедрение частотного регулирования на электроприводах механизмов. Внедрение ЧРП снижает потребление электроэнергии. Для дымососов и вентиляторов экономия составляет от 30 до 70 % электроэнергии, идущей на работу этих механизмов. Для насосов экономия меньше, от 10 до 40 %. Кроме того, увеличивается срок службы электродвигателей и пусковой аппаратуры за счет уменьшения пусковых токов.
Экономия затрат на производство энергоресурсов за счет точного регулирования. Так, в котельных точное регулирование процессов горения, осуществляемое по сложным алгоритмам, позволит существенно сократить пережог/недожог топлива в переходных и базовых режимах. Погодное и суточное регулирование даст возможность поддерживать температуру теплоносителя и транспортируемой исходной воды согласно заданию, избегая перерасхода тепла (а следовательно, и топлива). Групповое регулирование котлов и котельных в целом позволит избежать введения отдельных котлов в зону неэкономичной нагрузки и сократить потери тепла при транспорте. Регулирование отпуска тепла по группам потребителей избавит от потерь, связанных со слишком сильным отоплением у отдельных потребителей. В сумме эти мероприятия позволят сэкономить от 12 до 30 % топлива в зависимости от существующего уровня автоматизации и структуры тепловых сетей и водозабора.
Кроме того, будет достигнут эффект за счет повышения точности измерений, планирования ремонтов, диагностики оборудования, продления срока службы основного и вспомогательного оборудования.
За 20 лет работы специалисты ЗАО «НВТ-Автоматика» разработали и внедрили в России и за рубежом более 90 систем автоматизации, коммерческого и технического учета. Компания имеет большой опыт создания крупных распределенных систем управления, обладает эффективными программными и аппаратными средствами для решения задач энергосбережения, располагает высококвалифицированным персоналом, имеет все необходимые допуски, разрешения и сертификаты.
Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(46)_2013
Мягков, коммерческий директор,
ЗАО «НВТ-Автоматика», г. Москва,
тел. : (495) 361-2334,
В статье описан проект, реализованный компанией «Обис Энергомонтаж», получивший первое место в конкурсе «Энергосберегающий проект» в номинации «Энергосбережение на промышленных, научных и строительных объектах».
ООО «Обис Энергомонтаж», г. Москва
Не секрет, что энергосбережение и повышение энергоэффективности было и остается одной из приоритетных задач для нашей страны, поскольку именно это позволит существенно повысить конкурентоспособность экономики и замедлить рост тарифов на энергию. Еще одна серьезная проблема заключается в том, что на данный момент осуществляются в основном лишь те мероприятия, которые быстро окупаемы. Вполне естественно, что выход федерального закона заставил нас еще раз задуматься о поиске лучшего решения и сделал эту тему по-настоящему актуальной.
Сегодня в данном направлении работает множество компаний. Достижения некоторых из них впечатляют, а кто-то простаивает на месте годами. Во многом результат зависит не только от опыта инженеров-разработчиков, проектировщиков, программистов и всей огромной команды, но и от понимания текущей ситуации и перспектив людьми, стоящими во главе компании.
Какими же качествами должны обладать сотрудники фирмы, чтобы им можно было доверить решение вашей проблемы? Безусловно, важно оставаться гибким, открытым для информации и быть готовым к смене тактики. При этом хорошо понимать и научную сторону вопроса, получая новейшие данные из первых рук лучших специалистов в своей области. Всеми перечисленными достоинствами обладают специалисты компании «Обис».
ООО «Обис Энергомонтаж» доказала свою конкурентоспособность и умение довольно быстро реагировать на изменения рынка, развившись из маленькой узкопрофильной организации в солидную компанию с серьезной кадровой политикой и желанием не просто работать, а завоевывать награды.
Компания многие годы работает над решением задач, связанных с контролем энергоресурсов и диагностикой состояния коммуникаций, внедряя современные системы управления технологическими процессами на предприятиях ЖКХ. «Обис Энергомонтаж» также имеет успешный опыт диспетчеризации на самых разных инженерных объектах. В течение последних лет компанией было успешно реализовано множество проектов, завершены реконструкция и автоматизация объектов целого ряда предприятий и выполнены работы по проектированию газопроводов и котельных. Достигнутый экономический эффект и высокий профессионализм сотрудников «Обис Энергомонтаж» нередко вызывал заинтересованность владельцев предприятий и котельных, которые решали провести модернизацию своих объектов уже в полном объеме.
Ежегодно проводится огромное количество всевозможных конкурсов и выставок, требующих и больших материальных затрат, и дополнительной подготовки всех участников. Для компаний, всегда готовых продемонстрировать эффективное и легко реализуемое решение уже поднадоевшей проблемы, – это и божий дар, и головная боль одновременно.
«Обис Энергомонтаж» представила на конкурс «Энергосберегающий проект ВАО города Москвы – 2010» реализованный проект по автоматизации и диспетчеризации водогрейного котла КВГМ-50 и парового котла ДЕ-16/14 ГМ, установленных в квартальной котельной компании «Любэнергоснаб» (г. Люберцы). В результате – заняла первое место. Для того чтобы разобраться, в чем же заключается основной вклад компании в повышение энергоэффективности предприятий теплоэнергетики и как происходит внедрение новых разработок, рассмотрим этот проект более детально.
Первый этап был реализован в период с 2007 по 2009 г.
За это время специалисты компании проделали огромный труд, а именно:
разработали проект автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) котельной, который в том числе предусматривал замену устаревших элементов автоматики котлов на современные;
разработали программное обеспечение для АСУ ТП;
внедрили SCADA-систему (Supervisory Control And Data Acquisition) – перспективную технологию мониторинга, анализа и управления параметрами технологического процесса;
выполнили необходимые строительно-монтажные и пусконаладочные работы первой очереди.
Экономический эффект, который при этом был достигнут, вызвал желание представителей ООО «Любэнергоснаб» модернизировать упомянутую котельную в полном объеме (2010–2011 гг. Работа выполнялась на котлах отечественного производства, установками такого типа укомплектовано большинство котельных, что, несомненно, подтверждает актуальность таких проектов.
Автоматизация котлов КВГМ-50 и ДЕ-16 ГМ была проведена на базе контроллеров I-8000, диспетчерский уровень АСУ ТП реализован с использованием SCADA-системы iFIX.
При этом было осуществлено погодозависимое регулирование температуры прямой теплосети по датчику наружного воздуха в соответствии с тепловым графиком системы. Управление котлами в автоматическом режиме осуществляется контроллером I-8000, расположенным в шкафу автоматики. Реализованы алгоритмы автоматического пуска котлов по нажатию одной кнопки со шкафа автоматики или с компьютера оператора. Для управления дымососом и вентилятором использованы частотные преобразователи, что позволило сэкономить до 60% электроэнергии, обеспечивающей их работу. Осуществлена возможность удаленного, мобильного контроля и управления автоматизированными котлами.
Рис. Автоматизированная котельная по производству флоат-стекла мощностью 40 МВт с котлами Vitomax-200
Возможности АСУ ТП котлов
Аппаратно-программные средства SCADA-системы реализуют полномасштабные функции управления и контроля и позволяют решать следующие задачи:
— управление объектами (например, котельной) во всех эксплуатационных режимах, включая пуск и останов;
— дистанционное управление электрифицированным оборудованием;
— регулирование технологических параметров в заданном режиме;
— автоматический контроль и непрерывная диагностика как датчиков, так и средств программно-технического комплекса;
— формирование базы данных исходной и расчетной информации;
— архивирование всех технологических параметров;
— отображение на экране компьютера (панели, крупногабаритного табло) состояния оборудования с разной степенью детализации;
— дифференцированный допуск операторов к отдельным операциям, защита системы от случайного и несанкционированного воздействия;
— протоколирование действий оператора, защита от подачи неправильных команд;
— создание печатных отчетов.
АСУ ТП котлов типа КВГМ
Объектами контроля и управления АСУ котлами типа КВГМ являются:
— система подачи воздуха на горение;
— система подачи газа;
— система регулирования разрежения в топке;
— система регулирования расхода воды через котел.
АСУ котлом реализует задачи управления технологическим процессом и информационного обслуживания эксплуатирующего персонала. Структура АСУ является иерархической и распределенной.
На нижнем уровне АСУ располагаются датчики давления, перепада давления, температуры, уровня, расхода, исполнительные механизмы, а также средства дистанционного управления (местные посты) исполнительными механизмами (задвижками, клапанами и др. ), позволяющие оператору вести технологический процесс в ручном режиме или в процессе наладки.
Рис. Пользовательский интерфейс оператора котельной с возможностью управления параметрами котла ДКВр
На среднем уровне реализуется логика управления системы. На нем расположен ее основной модуль, базирующийся на промышленном программируемом контроллере. Данный модуль выполняет функции сбора, обработки информации, управления, регулирования и защиты котла от нештатных ситуаций, подачи предупредительных и аварийных сигналов, блокировки, выдачи сигналов в штатную котельную автоматику и др. Конструктивно контроллер с необходимыми блоками, модулями и релейно-контакторная аппаратура управления исполнительными устройствами установлены в шкафу. На лицевой стороне шкафа закреплена панель для отображения параметров.
Схемой автоматики шкафа реализуется:
— контроль температуры воды на входе и выходе котла;
— контроль температуры отходящих газов;
— контроль содержания О2, СО, NO (при необходимости);
— контроль давления воздуха после дутьевого вентилятора;
— контроль давления газа перед горелкой;
— контроль давления газа после регулирующего клапана;
— контроль давления жидкого топлива;
— контроль погасания основного факела и факела запальника;
— контроль разрежения в топке;
— контроль расхода воды через котел;
— контроль герметичности клапанов;
— контроль положения исполнительных механизмов регуляторов;
— автоматическое регулирование расхода воды через котел;
— автоматическое регулирование температуры воды на выходе котла (подачей сжигаемого топлива на котел, при необходимости возможно регулирование по температуре наружного воздуха);
— автоматическое регулирование давления воздуха на горение (управление частотным преобразователем электродвигателя вентилятора подачи воздуха на горение) в зависимости от давления газа в соответствии с режимной картой (или с учетом сигналов газоанализатора);
— автоматическое регулирование разряжения в топке котла (управление частотным преобразователем электродвигателя вентилятора дымососа);
— автоматическое регулирование обессоливания и автоматическая продувка;
— возможность перепрограммирования характеристик управления технологическим процессом в соответствии с режимной картой котла;
— динамическое поддержание максимального к. котла во всем диапазоне его нагрузок в автоматическом круглосуточном режиме;
— ведение протокола параметров технологического процесса в течение всего времени с последующей записью в память для анализа;
— типовая защита котла в соответствии с СНИП II-35-76*, в том числе при:
— погасании контролируемого пламени горелок;
— недопустимом повышении или понижении давления газа;
— отключении дутьевого вентилятора или недопустимых отклонениях в подаче воздуха для сжигания газа;
— отключении дымососов или недопустимом снижении разряжения в топочном пространстве;
— снижении ниже нижнего допустимого расхода воды через котел;
— формирование световой и звуковой сигнализации при возникновении аварийных ситуаций и при выходе параметров за допустимые пределы.
В верхний уровень АСУ входят средства, реализующие функции отображения информации в различной форме, ее архивирование и протоколирование, а также функции дистанционного управления основным модулем контроллера путем прямого регулирования или изменения параметров и уставок регулирования, в том числе при управлении группой котлов по схеме «главного регулятора».
Техническим средством реализации верхнего уровня является автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора на базе компьютера со специальным программным обеспечением. АРМ устанавливается на центральном посту управления котельной и связана с контроллером по сети Ethernet.
Кроме указанных выше функций, верхний уровень АСУ обеспечивает следующее:
— просмотр архивной информации за указанный промежуток времени;
— реализацию и поддержание отдельного архива по принципу «аварийного среза»;
— отдельный архив тревог;
— расчет и архивирование валовых выбросов СО в атмосферу;
— учет потребленного топлива и электроэнергии;
— учет выработанной тепловой энергии;
— автоматическое регулирование температуры воды на выходе из котла (подачей сжигаемого топлива на котел) с точностью ± 0,5 °С;
— обеспечение устойчивой работы котла на любых нагрузках, в том числе и при производительности ниже 20 %;
— автоматический розжиг котла;
— автоматическую проверку герметичности газовой запорной арматуры;
— автоматический прогрев котла из холодного состояния;
— агрегатный учет энергоресурсов и выработанной тепловой энергии;
— регулирование технологических параметров работы котельной установки по сигналам газоанализаторов;
— хранение архивных данных в течение года;
— контроль работы оперативного персонала путем записи в память даты и времени всех переключений, выполняемых операторами.
На экране АРМ оператора котельной обеспечивается представление информации о текущем состоянии котлов и всех объектов управления, об измеренных значениях контролируемых параметров, а также о срабатываниях защит. Содержание всех баз данных в любой момент может быть просмотрено оператором и выведено на печать.
Рис. Отображение котла деаэратора на рабочей панели оператора
Результаты внедрения АСУ ТП:
— повышение безопасности эксплуатации оборудования вследствие исключения человеческого фактора как источника нештатных и аварийных ситуаций (дифференцированный допуск операторов к отдельным операциям, защита системы от случайного и несанкционированного воздействия);
— минимизация потребления энергоресурсов;
— централизованный учет потребления энергоресурсов – газа, тепла, воды, электроэнергии;
— сокращение численности персонала;
— снижение эксплуатационных расходов;
— увеличение срока службы оборудования вследствие оптимизации режимов его работы;
— увеличение срока службы оборудования вследствие обеспечения его равномерной наработки;
— обеспечение автоматизированного эффективного управления технологическими процессами в нормальных, переходных и предаварийных режимах работы;
— удаленная диагностика состояния оборудования;
— выработка продукции заданного качества и количества;
— своевременное представление оперативному персоналу достоверной информации о ходе технологического процесса, состоянии оборудования и технологических средств управления;
— обеспечение персонала ретроспективной информацией в полном объеме для анализа, оптимизации и планирования работы оборудования и его ремонта.
В 2009 г. реальный экономический эффект от внедрения АСУ ТП в котельной по расчетам, предоставленным ООО «Любэнергоснаб», составил:
Об актуальности широкого внедрения АСУ ТП в теплоэнергетический комплекс говорят и произведенные компанией расчеты. Так, для котельной мощностью 40 Гкал/час, работающей по температурному графику отпуска тепла 130/70 ОС, за отопительный период (214 суток), при «перетопе» на 1 ОС перерасход газа составляет ~ 529 470,000 нм3, и при цене газа 3637,00 руб. за 1000 нм3 приводит к убыткам в сумме ~ 1 925 682,00 руб.
Рис. АРМ делает управление оперативными параметрами котла ДЕ-16/14 по-настоящему удобным
Стоимость и срок окупаемости
Стоимость внедрения каждого проекта индивидуальна и зависит от текущего состояния объекта, потребностей и финансовых возможностей заказчика.
Учитывая эти составляющие, подбирается надежное и современное оборудование ведущих отечественных и зарубежных производителей. Компания предлагает оптимальный вариант АСУ ТП в соотношении цена – качество.
Определяющим фактором являются не единовременные затраты на внедрение, а срок окупаемости проекта и последующая экономия от сокращения расходов на эксплуатацию.
Так, расходы ООО «Любэнергоснаб» на автоматизацию двух котлов (КВГМ-50 и ДЕ-16/14 ГМ) по VIP-варианту (полная замена устаревшей автоматики на дорогостоящее оборудование зарубежных производителей, внедрение АСУ ТП) составили ~ 6 000 000,00 руб. (без НДС).
Ожидаемый срок окупаемости проекта только за счет экономии расходов газа и электроэнергии – два отопительных сезона в период с октября 2009 г. по апрель 2011 г. (14 месяцев). При этом не было учтено сокращение эксплуатационных расходов. В той или иной степени работы, аналогичные описанному выше проекту, были выполнены и на других объектах.
За время работы компанией было успешно реализовано несколько десятков подобных проектов как для коммерческих, так и для государственных заказчиков. Все решения, разработанные компанией, позволяют значительно снижать издержки и повышать доходы предприятий ЖКХ.
Работа ООО «Обис Энергомонтаж», которая приводит к ощутимому повышению уровня энергосбережения в ЖКХ, была высоко оценена Правительством Московской области.
На V отраслевой выставке «Передовые технологии и оборудование в ЖКХ Подмосковья 2010» компания была награждена дипломом за внедрение передовых технологий в ЖКХ. Особенностью выставки этого года был приход большого числа новых компаний, которые активно заявили о себе и прикладывали все усилия для того, чтобы получить импульс для своего развития в Подмосковье и чем-то удивить специалистов, представителей прессы и простых зевак. Даже среди самых достойных конкурентов ООО «Обис Энергомонтаж» выгодно выделялась своими разработками, и ее представителям удалось заинтересовать даже самых искушенных посетителей.
На экспозиции были представлены технологии по автоматизации и диспетчеризации котельных. Особый интерес вызвала продемонстрированная возможность с помощью SCADA-системы удаленно осуществить запуск котла, который находится в Люберецком районе. Не менее впечатляющим был и наглядный пример по контролю и изменению параметров работы котельной в режиме реального времени.
Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(32)_2011
Квицинский, Генеральный директор,
ООО «Обис Энергомонтаж», г. Москва,
тел. : (495) 956-4987,
В статье рассказано об одном из интересных проектов, реализованных компанией «ОБИС ЭНЕРГОМОНТАЖ» в Московской области, г. Балашихе: в квартальной котельной мощностью 210 МВт была проведена автоматизация котлов ПТВМ‑30, вспомогательного оборудования котельной и РТХ, а также внедрена система диспетчеризации. В результате удалось достичь убедительного экономического эффекта по энергосбережению. В статье подробно описаны технические особенности внедренной системы.
Московская компания «ОБИС ЭНЕРГОМОНТАЖ» работает на рынке энергосбережения уже 12 лет. За эти годы фирма накопила бесценный опыт, собрала команду настоящих профессионалов, приобрела надежных партнеров. Ее специалистам приходилось внедрять системы управления и диспетчеризации в промышленных котельных, на центральных и индивидуальных тепловых пунктах, на газопоршневых электростанциях и ТЭЦ. Ежегодно компания принимает участие в конкурсе «Энергосберегающий проект» в номинации «Энергосбережение на промышленных, научных и строительных объектах».
«ОБИС ЭНЕРГОМОНТАЖ» предоставляет полный комплекс услуг по внедрению систем автоматизации и диспетчеризации»: осуществляет консалтинг, разрабатывает проект, проводит строительно-монтажные работы и сервисное обслуживание.
В статье будет рассказано об одном из проектов, который компания недавно завершила в городе Балашихе Московской области: о комплексной автоматизации и диспетчеризации (внедрении SCADA-системы) квартальной котельной мощностью 210 МВт с шестью котлами ПТВМ‑30, предназначенной для теплоснабжения нового микрорайона.
Всего за год специалисты компании разработали проект автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) основного оборудования и резервного топливного хозяйства (РТХ) котельной, создали программное обеспечение для АСУ ТП, внедрили SCADA-систему и выполнили необходимые строительно-монтажные и пусконаладочные работы первой очереди.
В результате был достигнут впечатляющий экономический эффект, который побудил заказчика принять решение модернизировать другие объекты.
Работа была выполнена на котлах отечественного производства. Установками такого типа укомплектовано большинство котельных, что подтверждает актуальность подобных проектов.
Рис. Структурная схема АСУ ТП котельной 210 МВт, Балашиха
Автоматизация котлов ПТВМ‑30, вспомогательного оборудования котельной и резервного топливного хозяйства была выполнена на базе контроллеров КРОСС, диспетчерский уровень АСУ ТП построен с использованием SCADA-системы Proficy iFIX.
При этом было обеспечено погодозависимое регулирование температуры прямой теплосети по датчику наружного воздуха в соответствии с тепловым графиком системы. Все оборудование котельной управляется в автоматическом режиме контроллерами КРОСС, расположенными в шкафах автоматики. Автоматический пуск котлов осуществляется нажатием одной кнопки со шкафа автоматики или с компьютера оператора. Для управления дымососами, вентиляторами и насосами использованы частотные преобразователи, что позволяет сэкономить до 60 % электроэнергии, обеспечивающей их работу. Реализована возможность как удаленного, так и мобильного контроля и управления оборудованием.
АСУ ТП котельной включает в себя несколько отдельных, независимых друг от друга систем:
— АСУ ТП котлового оборудования (4 котла первой очереди и 2 котла второй очереди строительства);
— АСУ ТП вспомогательного оборудования (деаэраторы, вспомогательные насосы и другое оборудование, поддерживающее основные параметры котельной);
— АСУ ТП станций сетевых насосов котельной (выполнено другими подрядчиками на оборудовании Siemens);
— АСУ ТП оборудования химводоподготовки (выполнено другими подрядчиками);
— АСУ ТП оборудования резервного топливного хозяйства.
К диспетчерскому уровню подключены все АСУ ТП котельной, все ее интеллектуальные устройства (частотные преобразователи, узлы учета, регистраторы).
Возможности АСУ ТП котельной
— управление котельной во всех эксплуатационных режимах, включая пуск и останов оборудования;
— создание печатных отчетов;
— реализация и поддержание отдельного архива по принципу «аварийного среза»;
— создание отдельного архива тревог;
Объекты контроля и управления АСУ ТП котельной определены ее составными частями.
Так, АСУ ТП котлов типа ПТВМ включает в себя шесть систем: регулирования выходной мощности (температура воды на выходе) котла; подачи воздуха на горение; подачи топлива; регулирования разрежения в топке; регулирования температуры на входе в котел; регулирования расхода воды через котел. И соответственно управляет всем оборудованием, на которых построена работа этих систем.
АСУ ТП вспомогательного оборудования котельной также несет ответственность за шесть систем: поддержания выходных параметров котельной в теплосеть (температура, давление); водоподготовки котельной; деаэрации подпиточной воды; управления необходимой мощностью и количеством работающих котлов; газораспределения котельной; резервного топливоснабжения внутри котельной.
Рис. АСУ ТП вспомогательного оборудования:
экран управления станцией сетевых насосов
В АСУ ТП резервного топливного хозяйства входят три системы: подачи и хранения резервного (жидкого) топлива; подогрева жидкого топлива; загазованности РТХ.
АСУ ТП станций сетевых насосов котельной объединяет систему управления сетевыми насосами и систему управления расходом воды сетевых насосов.
И наконец, АСУ ТП станций химводоподготовки включает в себя одну систему очистки и подготовки воды для котельной.
АСУ ТП котельной управляет технологическим процессом в целом и выполняет задачу информационного обслуживания персонала. Структура АСУ является иерархической и распределенной.
На нижнем уровне АСУ располагаются датчики давления, температуры, уровня, расхода, исполнительные механизмы, а также средства дистанционного управления (местные посты) исполнительными механизмами (задвижками, клапанами и др. ), позволяющие оператору вести технологический процесс в ручном режиме.
На среднем уровне реализуется логика управления системы. Здесь расположены основные модули, базирующиеся на промышленных программируемых контроллерах, которые выполняют функции сбора, обработки информации, управления, регулирования и защиты от нештатных ситуаций, подают предупредительные и аварийные сигналы, блокируют, выдают сигналы в штатную котельную автоматику и др. Конструктивно контроллер с необходимыми блоками и модулями, а также релейно-контакторная аппаратура управления исполнительными устройствами установлены в шкафах управления. На лицевой стороне шкафов закреплены панели для отображения параметров.
В верхний уровень АСУ (диспетчеризация АСУ ТП) входят средства, выполняющие функции отображения информации в различной форме, ее архивирование и протоколирование, а также функции дистанционного управления основными модулями контроллеров путем прямого регулирования или изменения параметров и уставок регулирования.
Верхний уровень построен по схеме клиент-серверной архитектуры. Техническими средствами верхнего уровня являются:
— сервер базы данных и тревог;
— автоматизированные рабочие места операторов;
— автоматизированное рабочее место инженера или начальника котельной;
— сервер точного времени;
— преобразователь интерфейса;
— многофункциональное устройство;
— источники бесперебойного питания.
Верхний уровень построен с помощью следующих программных средств:
— Proficy iFIX и Proficy Historian;
— Microsoft Office;
— драйверов OPC-сервера для оборудования.
Сервер базы данных и тревог построен на промышленном компьютере повышенной надежности и обеспечивает сбор и хранение данных и тревог, полученных с контроллеров и других интеллектуальных устройств. Этот сервер является «слепым», то есть не отображает информацию для оператора.
Для отображения данных предусмотрены автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов и инженера (начальника котельной), которые построены на обычных ПК. Преимущество данной системы состоит в том, что все АРМ взаимозаменяемы и при выходе одного АРМ из строя его можно быстро заменить другим. Также для удобства операторов используется дополнительное автоматизированное рабочее место с панелью 52″, на которой отображена полная информация по котельной.
Рис. Панель дополнительного автоматизированного рабочего места: тепловая схема
Для сбора данных с устройств, оснащенных интерфейсом RS‑485, используется MOXA nPort 5630-16, то есть 16‑канальный преобразователь интерфейса RS‑485 в Ethernet. На экране АРМ оператора котельной отражается информация о текущем состоянии оборудования и всех объектов управления, об измеренных значениях контролируемых параметров, а также о срабатывании защит. Оператор в любой момент имеет возможность просмотреть все базы данных и вывести информацию на печать.
Для синхронизации времени между устройствами используется датчик (сервер) точного времени, который синхронизирует время по спутникам GPS и образует NTP-сервер времени локальной сети.
Маршрутизатор предназначен для организации локальной сети, беспроводного доступа к сети, доступа к необходимым внешним данным из Интернета, а также для удаленного контроля за оборудованием котельной.
Для распечатывания отчетов данных и тревог, а также необходимой документации применяется многофункциональное устройство (МФУ).
В качестве каналов связи между верхним и средним уровнями АСУ ТП котельной были использованы:
— между сервером и контроллерами – промышленный Ethernet (витая пара категории 6e, для отдаленных объектов (РТХ) – оптоволокно);
— между преобразователем интерфейсов и интеллектуальными устройствами (ПЧ, регистраторы, узлы учета) – RS‑485.
При необходимости использовались также преобразователи интерфейса RS‑485/RS‑232.
— обеспечение автоматизированного эффективного управления технологическими процессами в нормальных, переходных и предаварийных режимах работы;
Стоимость внедрения каждого проекта индивидуальна и зависит от текущего состояния объекта, потребностей и финансовых возможностей заказчика. Учитывая эти составляющие, специалисты компании «ОБИС ЭНЕРГОМОНТАЖ» подбирают надежное современное оборудование ведущих отечественных и зарубежных производителей и предлагают оптимальный по соотношению цена/качество вариант АСУ ТП. Определяющим фактором в данной ситуации являются не единовременные затраты на внедрение, а срок окупаемости проекта и последующая экономия от сокращения расходов на эксплуатацию.
Проекты, аналогичные описанному выше, в той или иной степени были реализованы и на других объектах.
Работа компании «ОБИС ЭНЕРГОМОНТАЖ» была высоко оценена Правительством Московской области и на V отраслевой выставке «Передовые технологии и оборудование в ЖКХ Подмосковья» отмечена дипломом «За внедрение передовых технологий в ЖКХ».
Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(49)_2014
Котенко, начальник отдела АСУ ТП
