АСУ «Умный факел» на базе средств Delta Electronics для управления котельными установками

Использование средств автоматизации Delta Electronics — ПЧ CP2000 и ПЛК DVP-SX2, позволяет увеличить эффективность, надежность и безопасность работы котельных установок, а также обеспечить процесс горения топлива вне зависимости от внешних условий

Надежная работа котельных установок, бесперебойное обеспечение тепла для жилищно-коммунального хозяйства и производственных нужд невозможны без оптимизации процессов производства тепловой энергии и повышения эффективности теплового оборудования. Добиться этого можно, используя в котельных установках современные высокоэффективные средства автоматизации, контроля и управления.

Одними из важнейших элементов котельных установок являются тягодутьевые механизмы (ТДМ) с вентиляторами и дымососами. Применение ТДМ обеспечивает процесс горения топлива вне зависимости от внешних условий, влияющих на тягу — таких как атмосферное давление или температура воздуха. Вентиляторы осуществляют подачу воздуха в топку котла и создают в нем тягу, необходимую для сгорания топлива, а дымососы отводят из топки продукты горения.

АСУ «Умный факел»

Для модернизации котельных установок серий ДЕ и ПТВМ-30М, огромное количество которых работают в России уже не один десяток лет, специалистами ООО «Сибтехинжиниринг» разработана и на ряде объектов уже внедрена АСУ тягодутьевыми механизмами «Умный факел». Построена эта система на базе преобразователей частоты Delta CP2000, ПЛК Delta серии DVP-SX2 и других средств автоматизации Delta Electronics.

Основные возможности системы «Умный факел»:

• Автоматическое поддержание заданного разрежения дымососом в топке котла
• Автоматическое поддержание заданного количества воздуха вентилятором по режимной карте (соотношение газ-воздух)
• Установка и поддержание заданного в функции производительности количества (содержания) кислорода О2 в отходящих газах котла (коррекция по кислороду)
• Отображение и редактирование параметров системы на мнемосхеме графической панели оператора;
• Архивирование событий системы (в энергонезависимой памяти)
• Графическое отображение трендов параметров системы.

Применение АСУ «Умный факел» позволяет оптимизировать технологические режимы работы котла, благодаря чему снижается расход топлива и потребление электроэнергии при сохранении производительности котла на том же уровне. Кроме того, использование ПЧ Delta CP2000 обеспечивает эффективное управление двигателями вентиляторов и дымососов ТДМ и их защиту от недопустимых режимов работы, что в итоге позволяет сократить капитальные затраты на обслуживание ТДМ.

В состав АСУ «Умный факел» входят:

• Преобразователи частоты Delta CP2000;
• Тормозные модули с тормозными резисторами;
• Шкаф управления и контроля «Умный факел» (ШУК-УФ) на базе ПЛК Delta DVP-SX2;
• Панель управления котлом на базе панели оператора Delta DOP-107BV;
• Периферийное оборудование: источник бесперебойного питания, светосигнальная колонна;
• Приборы КИПиА: датчик разрежения, датчик давления газа, датчик давления воздуха, кислородомер.

Подсистемы управления

Функционально АСУ «Умный факел» делится на две подсистемы: управления дымососом и управления вентиляторами. При этом для управления электродвигателями каждого дымососа и вентилятора используется отдельный ПЧ Delta CP2000.

Реализованы как ручной, так и автоматический режимы работы обеих подсистем. В ручном режиме регулирование производительности дымососа и вентиляторов осуществляется при помощи соответствующих потенциометров на выносной панели управления котла.

При переключении подсистемы управления дымососом в автоматический режим работы поддержание заданного разрежения в топке котла осуществляется при помощи встроенного в контроллер DVP-SX2 ПИД-регулятора с выдачей аналогового сигнала на ПЧ Delta CP2000 дымососа.

Подсистема управления вентиляторами в автоматическом режиме работы обеспечивает:

• поддержание заданного количества воздуха в котле в зависимости от его нагрузки (давления газа), при этом ПИД-регулятор выдает одинаковые управляющие сигналы на оба вентилятора №1 и №2;
• коррекция по количеству кислорода O2 в отходящих газах;
• возможность сохранения двух режимных карт соотношения «газ/воздух» и двух корректирующих характеристик по кислороду в зависимости от количества горелок (4 или 6 горелок).

Защита электродвигателей обеих подсистем от недопустимых режимов работы (перегрузка по току, пропадание фазы, пониженное напряжение и т.д.) обеспечивается встроенными функциями ПЧ Delta CP2000. Реализовано также архивирование параметров работы дымососа и вентиляторов в графиках на панели оператора и сохранение всех операций в журнале событий.

Преобразователи частоты Delta CP2000

Серия преобразователей частоты Delta CP2000 включает модели различной мощности. Среди областей их применения как стандартные для ПЧ задачи управления скоростью, так и специализированные. Delta CP2000 широко применяются в таких приложениях, как:

• энергосбережение (кондиционеры, дымососы)
• нагрузка с переменным моментом (насосы и вентиляторы)
• системы многодвигательного управления с заданием числа включений или времени наработки для каждого мотора
• управление скоростью компрессоров c ПИД-регулированием для поддержания постоянного давления
• станции управления насосами.

Основные преимущества Delta CP2000:

• Скалярное и векторное управление двигателем для механизмов с постоянным и переменным моментом нагрузки.
• Поддержание технологических параметров (давление, температура, расход и т.д.) с помощью встроенного ПИД-регулятора.
• Встроенная функция каскадного управления группой до 8 насосов позволяет минимальными средствами обеспечить оптимальное использование насосов в группе как с точки зрения экономии электроэнергии, так и с точки зрения выравнивания моторесурса.
• Возможность отслеживания режима «сухого хода» по различным алгоритмам.
• Встроенная возможность работы по протоколам BACnet и Modbus в сочетании со встроенным контроллером на 10 000 шагов предоставляет широкие возможности как для построения систем автоматизации на базе ПЧ, так и для его встраивания в уже существующую систему управления.
• Пожарный режим работы обеспечивает функционирование насосов и вентиляторов даже при сигналах аварии; в случае полного отказа ПЧ двигатель переключается на питание от входной сети.
• Счетчик электроэнергии, позволяющий оценить эффективность использования преобразователя частоты.

Управление режимами работы котла с помощью ПЛК Delta DVP-SX2

Вся логика контроля режимов работы котла и управления вентиляторами и дымососом реализована на базе ПЛК Delta DVP-SX2. Этот компактный контроллер обеспечивает высокую скорость обработки инструкций: LD — 0,35-1 мкс; MOV — 3,4 мкс. Объем памяти программ составляет 16К шагов, регистров данных — 10К слов.

DVP-SX2 имеет встроенные входы и выходы (8DI/6DO, 4AI/2AO) и 8 каналов высокоскоростного счета и внешних прерываний (2х100 кГц, 6х10 кГц). Для целей контроля режимов работы котла и управления ТДМ были дополнительно задействованы внешние модули ввода/вывода. Всего этот ПЛК поддерживает до 494 входов/выходов (14 + 2 шины расширения).

Встроенные специализированные инструкции ПИД-управления температурой и влажностью обеспечивают высокую эффективность работы тягодутьевых механизмов котла и процесса горения топлива. Наличие портов RS-232 и RS-485 (ModBus ASCII/RTU, Master/Slave) и поддержка сетевого протокола PLC-Link позволяют легко организовать удаленный контроль и управление ПЛК, а также его интеграцию в уже существующие АСУ.

Программная реализация АСУ «Умный факел»

Стартовый экран «Мнемосхема» отображает структурную схему системы управления и все технологические параметры составляющих ее объектов. Одним взглядом оператор может сразу увидеть параметры всех преобразователей частоты ТДМ, статусы дымососа и вентиляторов и режимы их работы, аварии и неисправности.

Статус ТДМ имеет три состояния:

- серый: резерв (готов к работе)

- зеленый: работа (рабочее колесо вращается)

- красный: авария

На экране «Показания» отображаются технологические параметры всех объектов и датчиков. В случае неисправности датчика рядом с его значением появляется пиктограмма «Восклицательный знак».

На этом же экране отображаются аварийные сигналы при возникновении неисправности:

• Давление газа (неисправность датчика);
• Давление воздуха (неисправность датчика);
• Разрежение (неисправность датчика);
• Кислород (неисправность датчика);
• Отсутствие связи с ПЧ дымососа (ПЧ не отвечает по интерфейсу RS-485);
• Отсутствие связи с ПЧ вентилятора 1, вентилятора 2 (ПЧ не отвечает по интерфейсу RS-485)

Для усреднения показаний датчиков имеется соответствующая уставка с пределами вводимых значений от 0 до 10.

Все события и аварии система сохраняет с метками времени и даты в соответствующих журналах, которые легко можно просмотреть в окне «Журналы». Сохраняются они в энергонезависимой памяти панели оператора Delta DOP-107BV, срок хранения составляет 14 дней.

В окне «Графики» есть возможность просмотреть графическое отображение изменении режимов работы ПЧ дымососа и вентиляторов, а также значений Газ/Воздух/Кислород и Разрежение. Графики также хранятся 14 дней.

Настройка режимов работы

Изменение всех настроек и состояний переключателей осуществляется в окне «Настройки», при этом все действия записываются в журнал. Во вкладках этого окна вводятся параметры, необходимые для обеспечения эффективной работы котельной установки.

На вкладке ТДМ есть возможность ввода уставок ПЧ вентиляторов и дымососа, а также значений их ПИД-регуляторов, подаваемых на ЦАП контроллера (от 0 до 4000). Кроме того, тут же есть возможность выбора количество горелок: 4 или 6.

На других вкладках вводятся все необходимые параметры режимных карт на 4 и 6 горелок. Расчет этих параметров производится индивидуально для каждого котла в месте его установки.

Спецификация АСУ «Умный факел» на базе ПЧ Delta CP2000: