ПТК АСУ для типового объекта БТЭЦ

[Литвиненко Даниил]

Тема: Программно-технический комплекс автоматизированной системы управления для типового объекта БТЭЦ
Исполнитель: Литвиненко Даниил Сергеевич, студент группы 041об
Руководитель: Теличенко Денис Алексеевич, доцент, канд. техн. наук

Введение
Часто на предприятии требуется проходить обучение и инструктажи как первичные, так и повторные. Так же необходимо обучать новоприбывших работников. Обычно, обучение проходит путем того, что новый работник следит за работой более опытного сотрудника, но это не совсем эффективный метод т.к. данный процесс может затянуться на долгие сроки для того, чтобы полноценно выучить все процессы и частные случаи при работе с оборудованием. Для того, чтобы ускорить процесс обучения и переподготовки сотрудника используются специальные тренажеры. Они симулируют работу какого-либо процесса или предприятия в целом. Благодаря ним можно полноценно изучить все методы работы с оборудованием, рассмотреть все частные случаи (аварии, дефекты) и изучить работу системы в целом. Один из таких тренажеров располагается в СП «Благовещенская ТЭЦ».
В 2019-2020 году на Благовещенской ТЭЦ был дан старт реализации инвестиционного проекта «Установка и внедрение тренажера для оперативного персонала на базе АСУТП (для оборудования второй очереди)». В 2022 году на объекте выполнялся комплекс ПНР, существенно затрудненный в виду ухода с российского рынка производителя ПТК «Овация» - поставщика и разработчика тренажера для Благовещенской ТЭЦ. В настоящее время работы по реализации данного масштабного проекта продолжаются собственными силами персонала станции. Цель настоящей работы описать полученные решения по реализации данного проекта и озвучить планы по реализации проекта в будущем.
Тренажер предназначен для обучения оперативного персонала Благовещенской ТЭЦ, а также позволяет улучшить навыки управления и ведения технологического процесса со стороны оперативного персонала станции. Тренажерный комплекс полностью повторяет функционал АСУТП, которая имеется на станции, в нем реализована полномасштабная модель объектов управления, разработаны и виртуально функционируют математические модели котлоагрегата (КА), турбоагрегата (ТА), и электротехнического оборудования (ЭТО).

Описание стенда
Данный тренажер разработан для обучения специалистов цеха тепловой автоматики и измерений, электроцеха и монтажно-наладочного участка автоматики.
Цель разработки - возможность оттачивать навыки настройки датчиков, преобразователей, клапанов, расположенных на стенде. Это оборудование широко используется в системах программно-технических комплексов АСУТП. Так же это оборудование используется в ПТК АСУТП объекта «Вторая очередь Благовещенской ТЭЦ» на которой расположен котлоагрегат №5 и турбоагрегат №4 и ЭТО.
Задания, предоставляемые тренером для отработки их на стенде формируют навыки работы с различными подключаемыми элементами к ПТК, а именно:
- Дискретный датчик - сухой контакт, замыкание двух проводников обтекаемым напряжением ПТК;
- Датчик 4-20мА - токовый, аналоговый сигнал пропорциональный технологическому параметру. При токе 4мА - соответствует минимальному значению параметра, 20мА - соответствует максимальному значению параметра;
- Цифровой протокол ModBus - цифровая проводная связь между двумя устройствами, позволяющая передавать более одно параметра по одной линии связи, в проекте стенда предусмотрена связь- между ЧРП привода насоса и ПТК «Овации»;
- Выходные дискретные команды управления - подача потенциала на управляемый элемент, дает возможность управлять с ПТК различными механизмами или регуляторами;
- Токовый сигнал управления 4-20мА - аналоговый сигнал управления от ПТК, с помощью данного сигнала осуществляется управление клапанами-позиционерами стенда. Данный стенд соединен с АРМ инструктора и обучающегося, шкафом сетевого, серверного оборудования и распределения питания и шкафом управления. Структурная схема ПТК АСУТП предоставлена на рисунке 1.


Рисунок 1 - Структурная схема тренажера АСУ ТП

Характеристика аппаратной части
В стенд входит различное оборудование, которое позволяет повторять различные технологические процессы, которые встречаются в реальных установках производства электрической энергии.
В основу стенда был взят технологический процесс системы питательный насос-барабан котла.
В состав стенда входит следующее оборудование:
- Подогреватель двигателя AirLine Ураган-2000 AE-PP-2000 (T11);
- Клапан Danfoss Ev251B 032U538231 (SV11, SV22);
- Насос Wilo Top-S 25/7 DM PN5/10 (3-400/230В) (H11);
- Датчик избыточного давления Метран-75G1(0….200 кПа) S22G2MAPASC (PT11);
- Универсальный водосчетчик VALTEC c выходом ModBUS VMF-20-485 (FT11, FT21);
- Кран со стальной рукояткой В-Н VT.215-3/4 (MV31);
- Датчик давления ПД100И-ДИ0,01-141-1,5 (LPT1);
- Поплавковый датчик (сигнализатор) уровня ПДУ-1.2.450.50.3 (LS1, LS2);
- Термопреобразователь ТХАУ Метран-271-02-120-0,5-н10-(0-600С)мА-У1.1- ГП (ТТ1);
- Термопреобразователь ТХАУ Метран-271-02-120-0,5-н10-(0-600С)мА-У1.1- ГП (ТТ2);
- Регулирующая заслонка ASCO E290CP4V0K4MAV1(FV12,FV21)
- Бак 100л К100К (Tank 1,2) ;
- Преобразователь частоты INNOVERT ISD251U21B (UZ);
- ПБР-3И (KM). Функциональная схема представлена на рисунке 2.


Рисунок 2 - Функциональная схема тренажера АСУ ТП

Принцип работы
Стенд состоит из двух пластиковых емкостей, расположенных друг под другом, гидростатически. Вода либо антифриз подается из бака TANK2 на нагреватель Т11, далее рабочая жидкость поступает через клапан SV11 поступает на насос. Насос управляется частотно-регулируемым приводом.
Насос имеет несколько режимов работы:
- Полный номинальный расход.
- Регулируемый расход по частоте вращения. Давление жидкости контролируется датчиком давления PT11 на выходе из насоса сигнал подключается непосредственно ко входам ПТК, расход контролируется датчиком расхода FT11.
Жидкость, проходя через клапан-позиционер FV12 (регулятор расхода) поступает в верхний бак. Верхний бак TANK1 оснащен несколькими измерителями уровня/температуры.
- Дискретный аварийный верхний/нижний LS1/LS2
- Датчик гидростатического уровня
- Датчики температуры TT1/TT2, установленные на различном уровне в баке. Все датчики бака подключаются также к ПТК.

Примеры тренировок
На данном тренажере возможны несколько вариантов развития событий для персонала. Целью данных тренировок являются научить персонал в кратчайший срок решать поставленные задачи без использования реального оборудования станции. Задачи, которые могут быть поставлены инструктором, следующие:
- Настройка регулятора уровня в барабане (при постоянной нагрузке насоса). В данном случае регулирование расхода осуществляется при помощи клапана-позиционера на напоре питательного насоса. Преобразователь частоты выведен на максимальную частоту вращения двигателя (50Гц);
- Настройка регулятора уровня в барабане (при переменной нагрузке насоса). Преобразователь частоты включен в режим регулирования. Необходимо настроить регулятор на постоянном расходе слива воды, регулятор должен держать баланс между притоком воды и оттоком воды с верхнего бака в нижний;
- Снятие расходной характеристики клапана-позиционера при работающем номинальном режиме насоса. Целью данной задачи является обучение персонала снятия характеристики РК СУП на действующем оборудовании;
- Настройка контроллера. Установка и прогрузка одного контроллера взамен сломанного на рабочем оборудовании. В данном случае необходимо переключиться на резервный контроллер и прогрузить все значения взамен сломанного основного контроллера;
- Подключение аналогового сигнала. Подключение модуля аналогового вывода 4-20 мА и настройка точек опроса;
- Настройка диапазонов измерения для аналогового сигнала. Пересчет коэффициентов преобразования;
- Подключение дискретного сигнала и настройка точек опроса. Помимо перечисленных задач существуют и различные другие задачи, которые будут рассмотрены позже.

Принципиальная схема подключения ПТК к стенду
Работой стенда управляет ПТК, который будет основан на контроллере КР-500М серии «КОНТРАСТ». Выбор пал на него по причине того, что на БТЭЦ активно применяют данное оборудование и, что самое главное, он полностью отечественного производства, что во время импортозамещения является большим плюсом. Помимо выбора самого контроллера необходимы:
- Модуль аналоговых сигналов МАУ-Д, который выступает в роли модуля ввода аналоговых сигналов;
- Модуль аналоговых сигналов МАВ-Д, который выступает в роли вывода аналоговых сигналов;
- Модуль дискретных сигналов МСД-Д, который выступает в роли модуля ввода-вывода дискретных сигналов
- Модуль питания МП-Д, который необходим для питания самих модулей
- Блок питания БП-Г, который необходим для питания контроллера и некоторого оборудования. Модули ввода-вывода подключаются через RS-485 к контроллеру. Сами модули соединены по шине, по которой передается информация и питание 5В от модуля питания МП-Д. Принципиальная схема подключения представлена на рисунке 3.


Рисунок 3 - Принципиальная схема тренажера АСУ ТП

Заключение
В данной работе были разработаны структурная, функциональная и принципиальные схемы ПТК тренажера, которые необходимо доработать в плане оформления. Помимо этого, были изучены схемы подключения устройств серии «КОНТРАСТ». В дальнейшей работе необходимо разработать серверный шкаф и, вместе с этим, подключение устройств к серверу для сбора данных и передачи их на несколько АРМ, а так же необходимо разработать программную часть и SCADA-систему для данного ПТК. Необходимо так же более детально изучить принципиальную схему подключения устройств.

[ran]

Спасибо за доклад!
Я бы поставил насос сразу же на выходе из нижнего бака и пустил от него вторую ветку к верхнему баку мимо нагревателя. Это бы позволило исследовать двусвязную систему с одновременным регулированием уровня и температуры.
....
Хотя и так можно.