Насосные станции и котельные — важнейшие объекты жизнеобеспечения промышленных предприятий, жилых и административных зданий. На них приходится львиная доля затрат энергоносителей в общем потреблении топливно-энергетических ресурсов Украины. Поэтому повышение эффективности и безаварийности их работы весьма ощутимо снижает финансовую нагрузку как на производство, так и на каждого жителя страны.

В предлагаемой статье приведены два примера решения этих задач с помощью автоматизированных систем управления и диспетчеризации.

Техника подачи воды

Станция управления насосными агрегатами второго и третьего уровней подъема, разработанная ООО «НТ-Проект» (www.novitech.com.ua, Киев), предназначена для автоматизации управления от двух до шести насосных агрегатов (НА) с асинхронными электродвигателями мощностью до 315 кВт, обеспечивающей поддержание заданного давления воды в магистрали. Станция управления (далее — станция) разработана в двух вариантах: станция управления насосами автоматическая (СУНА) и станция привода насосов (СПН).

Система мониторинга и управления, созданная на платформе SCADA -системы Trace Mode 6, обеспечивает:

сбор информации о состоянии параметров входной и выходной магистрали;
дистанционное управление станциями привода групп НА и сбор информации о состоянии каждого объекта управления;
отображение информации о состоянии объектов на экране;
диспетчерского пункта.

Система содержит модули:

мониторинга удаленных датчиков давления;
управления поворотными затворами и задвижками;
управления НА (обеспечивает поддержание заданного давления в магистрали за счет изменения производительности регулируемого насоса и подключения дополнительного насоса).

Состав станций:

преобразователь частоты (ПЧ) фирмы КЕВ (Германия), включенный в контур регулирования давления, обеспечивает управление производительностью насосов;
ПЛК фирмы FATEK (Тайвань) выполняет заданный управляющий алгоритм и управляет ПЧ и группой магнитных пускателей;
ПЛК фирмы ICP DAS (Тайвань) реализует заданный алгоритм управления (ПИД-регулирования и fuzzy-логики) и имеет электронное табло индикации текущего и заданного значения давления;
дроссель (НЧ-фильтр) фирмы КЕВ защищает ПЧ от воздействия изменений параметров питающего напряжения;
автоматы защиты сети по количеству блоков управления и насосных агрегатов;
группа магнитных пускателей силовой коммутации с тепловыми реле защиты электродвигателей насосов;
выносной датчик давления;
датчики-реле давления.

Режимы работы — автоматический, резервный 1, резервный 2 и ручной.

В автоматическом режиме станция выполняет функции:

определения количества работающих НА;
частотного регулирования последним из включенных НА для точного поддержания давления, а также для снижения гидроударов в магистрали и бросков тока в сети;
перехода на уставку по давлению для ночного режима (ночью система управления позволяет снижать давление в точке регулирования при обеспечении необходимого давления в общей магистрали);
расчета времени включения дополнительного насоса в зависимости от уровня давления в магистрали;
перехода в релейный режим в зависимости от состояния ПЧ и датчика.

Станция может работать с различными типами датчиков (давления, расхода, температуры) с выходами по току или напряжению и имеет два гальванически развязанных входа, что позволяет производить регулирование по разности их показаний. Настройка станции на параметры трубопроводных линий производится с лицевой панели шкафа управления изменением параметров цифрового измерительного контроллера.

Алгоритм включения дополнительных насосов.

Перед включением каждого последующего насоса регулируемый НА выводится на полную производительность, после чего из состояния вращения переключается напрямую к питающей сети.

После переключения насоса ПЧ производит плавный запуск следующего по приоритету разрешенного для работы насоса.

Алгоритм отключения насосов.

Отключение НА производится в обратной последовательности. Регулируемый насос переводится в режим минимальной производительности и отключается от преобразователя. Предыдущий НА, работающий напрямую от сети, отключается от нее и в режиме самовращения подключается к выходу ПЧ. При этом режим модуляции ПЧ включается на той частоте вращения двигателя насосного агрегата, которая обеспечивает поддержание заданного давления в магистрали (режим автоподхвата вращающегося двигателя.

Подключение и отключение дополнительных НА, реализованные в станции управления, сводят к минимуму гидроудары в магистрали.

Станция имеет возможность настройки на параметры двух типов трубопроводных линий:

«длинные» линии, с которыми, как правило, работают станции второго и третьего уровней подъема. Такие линии имеют большую протяженность, которая определяет длительное время переходных процессов, и для них характерно наличие длиннопериодических волновых колебаний. При работе с «длинными» линиями станция имеет пониженную чувствительность к таким колебаниям и, как следствие, увеличенное время реакции на изменение параметров давления. Настройка на «длинные» линии позволяет избежать «раскачки» станции при возникновении длиннопериодических колебаний в трубопроводе («прямая» и «обратная» волна);
«короткие» линии, с которыми работают станции третьего и четвертого уровней подъема, используемые на подкачке в непосредственной близости от потребителя (дом, технологический объект). В этом режиме система имеет повышенную чувствительность к изменению давления, то есть короткое время реакции на управляющий сигнал. Станция производит контроль состояния НА по следующим параметрам:
увеличение потребляемого электродвигателем тока выше установленного значения;
снижение потребляемого тока ниже задаваемого значения (холостой ход электродвигателя — опция);
отсутствие перепада давления на НА;

Станция автоматически контролирует входную и выходную магистраль, а также осуществляет защиту от обрыва датчика с одновременной индикацией этого состояния.

Контроль входной магистрали реализуется по командам датчика-реле давления с целью исключения сухого хода НА, то есть работы системы от подающей магистрали с давлением ниже установленного.

Контроль выходной магистрали осуществляется по временному интервалу работы всех НА на максимальном режиме и по уровню давления ниже заданного.

Для равномерной выработки ресурса НА станция автоматически осуществляет их чередование, то есть через заданный промежуток времени начало отсчета насосов сдвигается в сторону увеличения их порядкового номера.

При отказе ПЧ станция автоматически переходит в резервный режим, заданный оператором перед включением станции. В резервном режиме 1 включается на постоянную работу от сети только один НА.

В резервном режиме 2 производится поддержание величины заданного давления регулированием количества подключаемых насосов. Включение НА производится релейно-управляющим контроллером по командам программируемого измерительного контроллера без участия ПЧ. В этом режиме также один раз в трое суток производится изменение порядка чередования работы НА. Таким образом, станция имеет дополнительный резервный канал управления, что повышает ее надежность.

В резервных режимах 1 и 2 станция производит контроль входной магистрали, а в резервном режиме 2 — контроль выходной магистрали и состояния датчика. В этих режимах также может производиться управление электроприводами задвижек, которые открываются после запуска НА и закрываются перед его остановом. Информация об открытии и закрытии задвижек снимается с «сухих контактов» концевых выключателей.

Станция обеспечивает:

экономию потребления электроэнергии (50—65 %) и воды;
ограничение пусковых токов в сети;
увеличение C_‹mR_ресурса электродвигателей насосов;
уменьшение количества дежурного и ремонтного персонала;
плавный пуск НА при их последовательном включении;
частотное регулирование каждым насосным агрегатом;
безударное подключение НА к сети из состояния вращения;
автоподхват вращающегося НА в режиме последовательного отключения насосов на частоте вращения, необходимой для поддержания давления;
подключение дополнительного насосного агрегата в зависимости от давления в магистрали, отключение — по сигналу ПИД-регулятора;
релейный режим работы обеспечивает функцию поддержания заданного давления при отказе ПЧ (две станции — частотная и релейная в одной);
оригинальный алгоритм контроля работоспособности НА исключает их ложную браковку, а также отказ ПЧ из-за отказа нагрузки;
расчетное время подключения и отключения дополнительных насосных агрегатов в зависимости от величины текущего давления (опция);
уставка ночного режима;
возможность задания до 20 уставок по давлению для дневного режима (опция);
возможность коррекции величины заданного давления по сигналам датчика, установленного в контрольной точке (опция);
возможность настройки на параметры «длинных» и «коротких» линий трубопроводов;
наличие входного дросселя (НЧ-фильтр);
распределенная структура построения системы обеспечивает функциональное резервирование, а также возможность работы с различными ПЧ без изменения программного обеспечения;
цифровая индикация значений текущего и заданного давления;
наличие двух гальванически развязанных входов для подключения аналоговых датчиков предоставляет возможность работы по разности давлений;
возможность реализации системы мониторинга и дистанционного управления в управляющем контроллере;
возможность непосредственного мониторинга и управления станцией по интерфейсу RS232;
учет электромагнитной совместимости работы оборудования;
считывание информации о регистрируемых двумя датчиками параметрах в цифровом виде по интерфейсу RS485 в систему мониторинга верхнего уровня;
регулируемое по температуре включение и отключение вентилятораобдува НА.

Сотовый мониторинг

Компания «НТ-Проект» (www.novitech.com.ua, Киев) разработала систему удаленного мониторинга группы котельных с спользованием GSM-канала связи, основными функциями которой являются:

оповещение обслуживающего персонала о возникновении аварийных и предаварийных ситуаций на объекте путем передачи SMS-сообщений на мобильные телефоны;
отправка SMS-сообщений о состоянии дискретных и аналоговых параметров объекта по запросу с мобильного телефона;
обеспечение удаленного сбора данных с каждого объекта для ведения архива.

При выборе технических средств и ПО разработчики учитывали следующие факторы:

наличие отработанного ПО и удобного интерфейса для использования GSM-каналов связи;
доступность логики ПЛК для коррекции на разных уровнях (оператор, наладчик, программист, разработчик), что особенно важно при наладке и переходе с зимнего на летний режимы и обратно;
возможность визуализации и изменения параметров и настроек с помощью дисплеев и кнопок контроллеров на объекте;
возможность наращивания информационной мощности системы без приобретения дополнительного оборудования (только за счет использования более совершенного ПО);
надежность и рациональное соотношение цена/качество оборудования и ПО;
присутствие на рынке Украины поставщика оборудования и ПО с должным уровнем технической поддержки;
неравномерность финансирования работ и ограниченный срок внедрения первой очереди.

В итоге в качестве технической платформы системы диспетчеризации были выбраны контроллеры Fatek и ICP DAS и терминальные модемы Siemens TC35iT и MC35iT, которые удовлетворяют всем указанным требованиям.

Использование контроллеров Fatek предопределяет применение на верхнем уровне (на диспетчерском пункте) SCADA/HMI-системы Trace Mode v.6.0 (производитель — компания Adastra Research Group, www.adastra.ru).

Журнал ММ. Деньги и технологии.
№3-4 (136) март-апрель 2011
http://www.mmdt.com.ua/
Валерий Люстик

сайт создан компанией