Автоматизація котелень установок: короткий опис, пристрій і схема

Для регулювання та оптимізації функціонування котлових агрегатів технічні засоби стали застосовуватися ще на початкових етапах автоматизації промисловості і виробництва. Сьогоднішній рівень розвитку цього напрямку дозволяє значно підвищити рентабельність і надійність котельного обладнання, забезпечити безпеку та інтелектуалізацію праці обслуговуючого персоналу.

Завдання і цілі

Сучасні системи автоматизації котелень здатні гарантувати безаварійну та ефективну експлуатацію обладнання без безпосереднього втручання оператора. Функції людини зводяться до онлайн-моніторингу працездатності та параметрів всього комплексу пристроїв. Автоматизація котелень вирішує такі завдання:

• Автоматичний запуск і останів котлоагрегатів.
• Регулювання потужності котлів (управління каскадом) згідно з заданими первинними налаштуваннями.
• Управління підживлюючими насосами, здійснення контролю рівнів теплоносія в робочому та споживчому контурах.
• Аварійний останок і включення сигналізуючих пристроїв, у разі виходу робочих значень системи за встановлені межі.

Об’єкт автоматизації

Котельне обладнання як об’єкт регулювання є складною динамічною системою з безліччю взаємопов’язаних вхідних і вихідних параметрів. Автоматизація котелень ускладнюється тим, що в парових агрегатах дуже великі швидкості протікання технологічних процесів. До основних регульованих величин відносять:

• витрата і тиск теплоносія (води або пари);
• розрядження в топці;
• рівень у поживному резервуарі;
• в останні роки підвищені екологічні вимоги пред’являються до якості приготовлюваної паливної суміші і, як наслідок, до температури і складу продуктів димовидалення.

Рівні автоматизації

Ступінь автоматизації задається при проектуванні котельні або при капітальному ремонті/заміні обладнання. Може лежати в діапазоні від ручного регулювання за показаннями контрольно-вимірювальних приладів до повністю автоматичного управління за погодозалежними алгоритмами. Рівень автоматизації в першу чергу визначається призначенням, потужністю і функціональними особливостями експлуатації обладнання.

Сучасна автоматизація роботи котельні передбачає комплексний підхід — підсистеми контролю та регулювання окремих технологічних процесів об’єднуються в єдину мережу з функціонально-груповим управлінням.

Загальна структура

Автоматизація котелень вибудовується за дворівневою схемою управління. До нижнього (польового) рівня належать прилади локальної автоматики на базі мікроконтролерів, що програмуються, реалізують технічний захист і блокування, регулювання і зміна параметрів, первинні перетворювачі фізичних величин. Сюди ж зараховують і обладнання, призначене для перетворення, кодування та передачі інформаційних даних.

Верхній рівень може бути представлений у вигляді графічного термінала вбудованого в шафу управління або автоматизованого робочого місця оператора на базі персонального комп’ютера. Тут відображається вся інформація, що надходить від мікроконтролерів нижнього рівня і датчиків системи, і проводиться введення оперативних команд, регулювань і статуток. Крім диспетчеризації процесу вирішуються завдання оптимізації режимів, діагностики технічного стану, аналізу економічних показників, архівування та зберігання даних. При необхідності інформація передається в загальну систему управління підприємством (MRP/ERP) або населеним пунктом.

Автоматизація котельного обладнання

Сучасний ринок широко представлений як окремими приладами і пристроями, так і комплектами автоматики вітчизняного та імпортного виробництва для парових і водогрійних котлів. До засобів автоматизації відносять:

• обладнання управління розпалюванням і наявності полум’я, що запускає і контролює процес горіння палива в топковій камері котлоагрегата;
• спеціалізовані сенсори (тягонапоромери, датчики температури, тиску, газоаналізатори тощо);
• виконавчі пристрої (електромагнітні клапани, реле, сервоприводи, частотні перетворювачі);
• панелі управління котлами та загальнокотельним обладнанням (пульти, сенсорні мнемосхеми);
• шафи комутації, лінії зв’язку та енергозабезпечення.

При виборі технічних засобів управління та контролю найбільш пильну увагу слід приділити автоматиці безпеки, що виключає виникнення нештатних та аварійних ситуацій.

Підсистеми і функції

Будь-яка схема автоматизації котельні включає в себе підсистеми контролю, регулювання і захисту. Регулювання здійснюється шляхом підтримки оптимального режиму горіння завданням розрядження в топці, витрати первинного повітря і параметрів теплоносія (температури, тиску, витрати). Підсистема контролю виводить фактичні дані про функціонування обладнання на людино-машинний інтерфейс. Прилади захисту гарантують запобігання аварійним ситуаціям при порушенні нормальних умов експлуатації, подачу світлового, звукового сигналу або останів котлоагрегатів з фіксацією причини (на графічному табло, мнемосхемі, щиті).

Комунікаційні протоколи

Автоматизація котелень установок на базі мікроконтролерів зводить до мінімуму використання у функціональній схемі релейних комутацій і контрольних електроліній. Для зв’язку верхнього і нижнього рівнів АСУ, передачі інформації між датчиками і контролерами, для трансляції команд на виконавчі пристрої використовують промислову мережу з певним інтерфейсом і протоколом передачі даних. Найбільше поширення отримали стандарти Modbus і Profibus. Вони сумісні з основною масою обладнання, що використовується для автоматизації об’єктів теплопостачання. Відрізняються високими показниками достовірності передачі інформації, простими і зрозумілими принципами функціонування.

Енергозберігаючі та соціальні ефекти автоматизації

Автоматизація котелень повністю виключає можливість аварій з руйнуванням капітальних будівель, загибеллю обслуговуючого персоналу. АСУ здатна цілодобово забезпечити нормальне функціонування обладнання, звести до мінімуму вплив людського фактора.

У світлі безперервного зростання цін на паливні ресурси не останнє значення має і енергозберігаючий ефект автоматизації. Економія природного газу, що досягає до 25% за опалювальний сезон, забезпечується:

• оптимальним співвідношенням «» газ/повітря «» в паливній суміші на всіх режимах роботи котельні, корекцією за рівнем вмісту кисню в продуктах згоряння;
• можливістю індивідуального налаштування не тільки котлів, а й газогорілкових пристроїв;
• регулюванням не тільки за температурою і тиском теплоносія на вході і виході котлів, але і з урахуванням параметрів навколишнього середовища (погодозалежні технології).

Крім того, автоматика дозволяє реалізувати енергоефективний алгоритм опалення нежитлових приміщень або будівель, що не використовуються у вихідні та святкові дні.