Некоторые аспекты автоматизации корьевого котла
на базе распределенной системы управления CENTUM CS 3000.R3 фирмы "YOKOGAWA"
, ,
АО "ФОРУС", Санкт-Петербург
ОАО "ПО "Усть-Илимский ЛПК", Усть-Илимск
Введение
В декабре 2002 года было осуществлено внедрение распределенной системы управления (РСУ) на ОАО "ПО "Усть-Илимский ЛПК". Объектом внедрения стал котлоагрегат КМ-75-40, модернизируемый под сжигание коро-древесных отходов (КДО).
Данный котлоагрегат уже был модернизирован для использования в качестве топлива КДО. Однако в результате перевода на утилизационный вид топлива котлоагрегат потерял производительность, которая стала составлять 35 т/ч против проектных 75 т/ч.
Основными задачами новой реконструкции котлоагрегата, произведенной по проекту ООО "ИНЭКО", явились повышение паропроизводительности до 90 и более т/ч, обеспечение максимального использования образующихся на комбинате КДО в топливно-энергетическом балансе предприятия и обеспечение непрерывного контроля и автоматизации процессов в котле с минимизацией случаев отказов оборудования и увеличения межремонтного ресурса на базе современной АСУТП.
Особенности РСУ корьевого котлоагрегата
Котлоагрегат КМ-75-40 относится к энергетическим объектам категории (D), вследствие чего РСУ должна содержать жесткую и надежную систему защит. Среди существующих систем управления, не относящихся к сертифицированным и специализированным системам противоаварийной защиты, CENTUM CS 3000 фирмы "YOKOGAWA" по показателям надежности занимает ведущие позиции. Она предоставляет ресурсы для реализации как логических задач, связанных с технологическими блокировками оборудования и защитами, так и задач управления, в которых на первое место выходит критерий качества регулирования.
Одним из главных преимуществ данного проекта, несомненно, стал переход на управление агрегатом с персонального компьютера без использования громоздких щитов управления. Кроме того, удалось сильно упростить электрические схемы путем отказа от локальных защит и блокировок. Система взяла на себя контроль оборудования, находящегося в режиме управления по месту.
Согласно требованиям ГОСТа, каждый трехдневный останов котлоагрегата влечет за собой полную проверку системы защит и блокировок. С этой целью в РСУ был реализован специальный режим имитации, позволяющий задавать (калибровать) значения технологических измерений и, в частности, имитировать состояние горелок. При этом CENTUM CS 3000 допускает "замораживание" дискретных выходных сигналов с тем, чтобы во время проверки не испортить реальное оборудование многократным включением и выключением.
Инжиниринговые работы в полном объеме были проведены специалистами АО "ФОРУС", являющимся дистрибьютором "YOKOGAWA" по Северо-западному региону России.
Проверка логики, заложенной в систему, осуществлялась на площадке московского представительства "YOKOGAWA" в так называемом тестовом режиме. Это мощное средство позволяет виртуально моделировать любые ситуации, которые могут возникнуть на объекте управления.
Для упрощения обучения машинистов котла была написана специальная программа-имитатор, предоставляющая возможность управлять всем оборудованием объекта "как в живую". С ее помощью операторы быстро освоили принципы управления приборами и смогли детально изучить и опробовать систему защит и блокировок. Следует отметить, что процесс обучения занял всего три дня (каждая группа занималась по два часа в день).
Структура РСУ
Основными элементами, составляющими структуру РСУ, являются: полевой блок управления, шкаф сигналов ввода/вывода электрической подстанции, 2 пульта оператора, инженерная станция, блок бесперебойного питания (ББП) и шкаф распределения питания.
Управление котлоагрегатом производится дублированным полевым блоком управления, который занимает лицевую часть специального шкафа. Кроме него там находятся корзины с модулями ввода/вывода. Задняя часть этого шкафа содержит релейные панели, которые специальным кабелем соединяются с платами дискретного ввода/вывода. Используются 16-каналь-ные платы аналогового ввода с поддержкой HART-протокола, что в будущем позволит настраивать HART-совместимые датчики с пульта оператора или со специально выделенного компьютера.
Следует отметить, что местные щиты электрооборудования находятся на довольно большом расстоянии от шкафа полевого блока управления (примерно 170 м). Версия R3 системы CENTUM CS 3000 позволила использовать удаленные корзины с модулями ввода/вывода, которые расположены в шкафу подстанции и связаны с самим контроллером дублированной ER-шиной. Там же находится ББП, который в случае отключения сети поддерживает работоспособность всей РСУ в течение 60 минут за счет питания от батарей. При восстановлении нормального питания запитка оборудования РСУ возобновляется по основной сети по нормальной схеме, и ББП функционирует в режиме зарядки батарей.
Инжиниринговая станция РСУ позволяет не только создавать новое и модифицировать функционирующее ПО, но и обеспечивает работу в режиме пульта оператора.
Информационный обмен между основными модулями РСУ (полевыми блоками управления, инженерной и операторскими станциями) осуществляется по специализированной сети V-NET.
Помимо сети V-NET два равноправных пульта оператора, инженерная станция и принтер отчетности объединяются дублированной сетью Ethernet, по которой осуществляется загрузка пультов оператора и выполняются другие процедуры, непосредственно не связанные с управлением технологическим процессом.
В одном из компьютеров операторской станции установлена дополнительная сетевая карта Ethernet, тем самым обеспечивается связь РСУ с верхней сетью АСУП всего комбината
(с использованием протокола обмена ОРС).
Основные функции РСУ
В РСУ реализованы более 20 контуров регулирования, наиболее важными из которых
являются:
– каскадная схема регулирования уровня в барабане котла с коррекцией по балансу пара
и воды;
– каскадная схема регулирования температуры перегретого пара изменением расхода воды на пароохладитель (управление трехходовым клапаном);
– каскадная схема регулирования содержания кислорода в топке.
Отсутствие управления от РСУ регулирующими органами на линиях мазута к горелкам не позволило полноценно решить задачу регулирования производительности котла.
Оснащение котлоагрегата системой автоматического розжига горелок по проекту ООО "ИНЭКО" позволяет реализовать данную задачу в полном объеме. Внедрение п/системы управления паропроизводительностью котла намечено на осень 2004 года.
Заключение
Проведенные в ходе реконструкции котлоагрегата работы и перевод управления на современную РСУ позволили решить основные задачи, стоящие перед модернизацией. Главным результатом стало повышение производительности котлоагрегата, среднее значение которой составляет 80–85 т/ч. Опыт эксплуатации модернизированного котлоагрегата показал, что при определенных условиях (достаточном количестве и качестве КДО) паропроизводительность достигает величины 100 т/ч. Таким образом, два модернизированных котла (реконструкция второго котлоагрегата запланирована ОАО "ПО "Усть-Илимский ЛПК" на 2005 год) по производительности заменят пять ранее работающих.
Полностью себя оправдал перевод управления на РСУ, которая обеспечила требуемое качество регулирования, наглядность предоставления информации и оперативность реагирования на внезапные изменения технологической ситуации. В период промышленной эксплуатации модернизированного котлоагрегата не произошло ни одного останова по вине системы управления.
Именно используя весь арсенал современных программных средств CENTUM CS 3000, удалось достаточно быстро настроить основные контура регулирования и вывести котел на заданный технологический режим.
Опыт эксплуатации РСУ CENTUM CS 3000 фирмы "YOKOGAWA" показал, что данная система в полной мере отвечает всем задачам современной энергетики. В настоящий момент совершенствуется технология, совершенствуется оборудование, уточняются алгоритмы, поэтому есть все основания полагать, что к моменту модернизации второго котлоагрегата РСУ и технологическое оборудование будут действительно представлять собой единый автоматизированный технологический комплекс.
