главнаяотчеты по проектамотраслевые решенияАвтоматизированные с ... ЭИ-Сибирь" (2 часть) / 2010 г.

Автоматизированные системы контроля и управления в тепловых сетях на базе контроллеров семейства TREI-5B, г. Новокузнецк, "ТРЭИ-Сибирь" (2 часть)

Настоящая информация подготовлена по результатам работы группы инженеров ООО «ТРЭИ-Сибирь» по внедрению автоматизированных систем управления, контроля и учёта тепла в городских сетях горячего водоснабжения городов Кемерово и Новокузнецка. Разработка материалов – ведущий инженер Скорытченко М.В. Редактор – ген.директор «ТРЭИ-Сибирь» Пупышев В.Н.

2.4. Используемые приборы и оборудование

2.4.1. Контрольно-измерительные приборы
В автоматизированных системах тепловых сетей используются следующие контрольно-измерительные приборы:
• датчики измерения расхода;
• преобразователи давления;
• преобразователи температуры;
• датчики измерения вибрации.

Датчики измерения расхода
На подающих и обратных трубопроводах большого диаметра в качестве расходомеров используются погружные расходомеры V-BAR-910. Фирма изготовитель – компания ЭМКО (Engineering Meаsurements Comраny, ЕМСО, USA). Расходомеры сертифицированы и зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений под №№14918 – 14920 и разрешены к применению для коммерческого учета тепла и теплоносителя. Принцип действия погружных расходомеров типа V-Bаr основан на измерении частоты образования вихрей, возникающих в потоке жидкости или газа при обтекании неподвижного тела.

Расходомеры типа V-Bar имеют модульную, легко разборную конструкцию и состоят из первичного преобразователя расхода (датчика расхода), включающего установочную штангу-подъемник с сенсором и юстирующим устройством и передающего преобразователя расхода (вторичного прибора) - электронного блока - с дисплеем и клавиатурой. Расходомеры дополнительно оснащены изолирующими клапанами (Ду = 2” по АNSI 300).

Согласно требованиям по монтажу (должен быть выдержан прямой участок расстоянием 15 диаметров трубы до датчика и 5 диаметров после), расходомеры V-Bar установлены вне помещения ПНС-11 в колодцах из бетонных колец (см. фото 1 и 2). На подающих и обратных трубопроводах среднего и малого диаметра в качестве расходомеров используются электромагнитные расходомеры PROMAG 50P. Фирма изготовитель – Еndress+Hauser GmbH+Co (Германия). Расходомеры сертифицированы и зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений под №14589 и разрешены к применению для коммерческого учета тепла и теплоносителя.
 
фото 1
 
 
фото 2
 
 
фото 3
 
 
фото 4
 
Расходомер может иметь раздельное и компактное исполнение и состоит из трансмиттера и сенсора.
Трансмиттер: Promag 50 (двустрочный дисплей, настройка клавишами).
Сенсор: Promag P (ДУ 100…350).
Общий вид расходомера PROMAG 50P показан на фото 3.

Преобразователи давления
В качестве датчиков давления используются преобразователи давления CERABAR-M PMC41-RE21S5A21M2 (фирма изготовитель – Еndress+Hauser GmbH+Co, Германия) и преобразователи давления SENSYCON 21/13 (фирма изготовитель – Sensycon Hartmann&Braun, входящая в группу АВВ). Данные преобразователи давления предназначены для измерения избыточного и абсолютного давления газов, паров и жидкостей в разнообразных технологических процессах.

Преобразователи температуры
В качестве датчиков температуры установлены термопреобразователи сопротивления TR200-Z-13B-307004A1124ZZZZ-ZZ. Фирма изготовитель – JUMO GmbH&Co Германия.
 
фото 5
 
 
фото 6
 
Согласно ПБ 03-108-96 “Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов” и ПБ10-115-96 “Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением” установлена местная индикация температуры и давления в трубопроводах:
• Манометры со шкалой 0…25 bar. Фирма изготовитель – WIKA GmbH&Co, Германия;
• Термометры для местной индикации со шкалой 0…+160 °С. Фирма изготовитель – WIKA GmbH&Co, Германия.

Для возможности обслуживания и демонтажа, установлены защитные гильзы для термометров и датчиков температуры и сифонные трубки с манометрическими вентилями для манометров и датчиков давления. Комплект датчиков и приборов индикации для одного узла учета тепла показан на фото 4. Для измерения температуры подшипников насосов установлены термопреобразователи сопротивления типа ТСМ-1193, поставляемые ОАО «Теплоприбор» (г. Челябинск). В зависимости от исполнения насоса датчики температуры измеряют либо температуру самого «тела» подшипника (фото 8), либо температуру масла, омывающего подшипник (фото 7).
 
фото 7
 
 
фото 8
 
Датчики измерения вибрации
Для измерения вибрации валов насосов установлены вибропреобразователи ВК310С фирмы «ВиКонт» (г. Москва). Вибропреобразователь ВК310С представляет собой пьезоэлектрический акселерометр с согласующим устройством, измеряющим виброскорость. На каждый насос установлено по два датчика вибрации (фото 7 и 8), измеряющие продольную и поперечную вибрацию вала насоса соответственно.
2.4.2. Оборудование для управления и регулирования насосными агрегатами
 
фото 9. Общий вид частотного преобразователя Altivar ATV61
 
2.4.2. Оборудование для управления и регулирования насосными агрегатами
Для управления и регулирования двигателями насосных агрегатов используются частотные преобразователи Altivar. Фирма изготовитель – «Schneider Electric» (Франция). Частотные преобразователи оснащены соответствующими дросселями, вводными автоматами и рубильниками, радиаторами и установлены в специальные напольные шкафы типа «Rittal» (фото 9). Каждый преобразователь имеет съемный графический терминал. На дисплее терминала отображаются значения электрических величин, режимы работы или неисправности. Терминал позволяет производить настройку параметров системы преобразователь-двигатель, конфигурирование режима управления преобразователем, конфигурирование назначения входов-выходов преобразователя, конфигурирование защит и поведения системы преобразователь-двигатель в случае неисправности.
2.4.3. Контроллерное оборудование
2.4.3. Контроллерное оборудование
Во всех автоматизированных системах тепловых сетей, внедренных фирмой ООО «ТРЭИ-Сибирь», используются программируемые контроллеры собственного изготовления - TREI-5B-02. Контроллеры TREI-5B-02 обеспечивают сбор и обработку аналоговых и дискретных информационных сигналов с датчиков и устройств системы, формирование и выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы, коммерческие расчеты теплоносителя. Контроллер TREI-5B-02 представляет собой проектно-компонуемое изделие. В каждом конкретном случае устройство компонуется и конфигурируется под конкретный объект контроля и управления в соответствии со спецификациями потребителя.
 
фото 10. Шкаф управления. ПНС-11, г. Новокузнецк
 
 
фото 11. ПНС-15. Вид шкафа контроллера снаружи и внутри
 
Контроллер TREI-5B-02 в общем случае включает установочный каркас, в котором размещаются:
• модуль питания;
• мастер-модуль M701E;
• модули ввода/вывода, включающие следующие типы: универсальный модуль M732U, дискретный модуль M743B/ M743D/ M743F/ M743O/ M743S/ M743G, модуль задатчиков M730P, дискретный модуль M754O/ M754D, M733O-S/ M733D-S, M723O-S, модуль аналогового ввода M745A.
Все используемые контроллеры шкафного исполнения (фото 10, 11, 12, 13).
2.4.4. Оборудование связи
 
фото 12. Шкаф коммуникационного контроллера. Центральная диспетчерская, г. Новокузнецк
 
 
Фото 13. Шкаф управления. ПНС-2, г. Кемерово
 
2.4.4. Оборудование связи
В автоматизированных системах тепловых сетей, внедренных фирмой ООО «ТРЭИ-Сибирь», используются два типа связи между удаленными объектами и центральной диспетчерской: радиомодемная связь и связь по каналу Radio-Ethernet. Радиомодемная связь выполнена с использованием радиомодемов Integra-TR. Асинхронный радиомодем Integra-TR представляет собой “прозрачное” устройство реального времени, не требующее сложной настройки. Для обмена данными не требуется специального протокола обмена, данные передаются в радиоканал в той последовательности, в которой были приняты радиомодемом от контроллера, терминала или компьютера по интерфейсу RS-232 без искажений и дополнительной обработки. Обеспечивает отсечку посторонних данных (dribble bits) при передаче в радиоканале.

Функция адресации CWID и поддержка режима многостанционного доступа с контролем несущей CSMA (carrier-sense multiple access) позволяют свести к минимуму повторную передачу и взаимные помехи в канале. Предназначен для построения современных радиосетей сбора данных и удаленного управления стационарными объектами. Имеет встроенный специализированный приемопередатчик с малым временем доступа к радиоканалу. Обеспечивает асинхронный обмен данными на скоростях 19200, 9600 или 4800 бит/с в каналах с шагом сетки радиочастот 25, 12,5 или 6,25 кГц. Поддерживает работу практически всех основных промышленных протоколов.

Краткая характеристика:
• высокая скорость обмена данными и пропускная способность;
• работа на каналах с различным шагом сетки радиочастот в полудуплексном или симплексном режимах;
• программная настройка выходной мощности;
• удаленная диагностика;
• три режима энергосбережения;
• управление потоком по данным DOX;
• управление потоком с использованием сигналов RTS/CTS;
• обеспечивает работу со 100% циклом передачи;
• позволяет строить ретранслятор на базе двух радиомодемов;
• имеется модель для использования во взрывоопасной среде (для США и Канады).

В качестве оборудования Radio-Ethernet используется оборудование SkyMAN компании InfiNet. SkyMAN - универсальная многофункциональная система широкополосного беспроводного доступа (ШБД). Оборудование системы SkyMAN работает в диапазонах 2300-2700, 3400-3700 и 4850-6425 МГц и обеспечивает:
• объединение в единую виртуальную сеть территориально- разнесенных подразделений (поддержка VPN);
• фиксированный доступ к интернет;
• приоритетную передачу VoIP;
• передачу видео- и телеметрии;
• быстрое развертывание временных сетей топологии MESH.

 
фото 14.
Беспроводной мост/маршрутизатор SkyMAN R5000-Smс
 
Оборудование системы SkyMAN выполнено на основе аппаратной платформы разработки и производства InfiNet Wireless, работает под управлением операционной системы WANFlex и реализует архитектуру беспроводных сетей MINT разработки InfiNet. Оборудование SkyMAN обеспечивает работу в пределах прямой видимости на расстояниях, определяемых энергетическим потенциалом радиолиний, со скоростями передачи, зависящими от используемого оборудования и полосы частот. Конструктивно все оборудование SkyMAN выполнено в виде двух блоков: внешнего (ODU) и внутреннего (IDU), как правило, выполняющего роль блока питания от сети переменного или постоянного тока.

Внешний и внутренний блоки соединяются между собой с помощью витой пары, по которой передается трафик Ethernet и постоянное напряжение питания ODU. Сети ШБД SkyMAN строятся на универсальных беспроводных мостах/маршрутизаторах. Каждое устройство может выполнять функции любого элемента сети. Реальная пропускная способность составляет 35 Мбит/с. В беспроводных мостах/маршрутизаторах SkyMAN R5000-Lmс/Smс реализована радиотехнология 64 OFDM (фото 14).
2.4.5. Компьютерное оборудование
2.4.5. Компьютерное оборудование
Автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов, диспетчеров и инженера АСУ, технологические серверы, сервер обмена данных реализованы на базе IBM PC совместимых компьютеров в комплекте с цветными графическими 21” мониторами (фото 15 и 16).
 
фото 15. АРМ диспетчера
 
 
фото 16. АРМ оператора ПНС
 
Данные компьютеры имеют следующую конфигурацию: HP dx6120 МТ P4-519, 512MB(2*256МВ) PC2-4200, 160GB SATA 7200 rpm HDD, FDD, ATI PCI Express 128MB, 16xDVD+/-RW(LS), 56k modem, USB, Optical mouse, Windows ХР Рrо Rus SP2, Keyaboard, Norton Antivirus, warranty 3-1-1.

Дополнительно АРМ операторов и диспетчеров оснащены функциональными программируемыми клавиатурами. В центральных диспетчерских установлены цветные сетевые принтеры для вывода на печать отчетных документов. Каждое автоматизированное рабочее место имеет источник бесперебойного питания - UPS Liebert GXT2 мощностью 1500VA или 1000VA.

2.5. Программное обеспечение

В качестве прикладного программного обеспечения в комплекте с контроллерами TREI‑5B‑02 поставляется пакет программ «ISaGRAF». «ISaGRAF» - это инструментальная система для программирования логических контроллеров (PLC), основанная на языках программирования стандарта IEC 1131-3. В ISaGRAF заложены методы структурного программирования, которые дают возможность пользователю описать автоматизируемый процесс в наиболее легкой и понятной форме.

Интерфейс с пользователем системы ISaGRAF соответствует международному стандарту GUI (Grafical User Interface - графический интерфейс пользователя), включающему многооконный режим работы, полно-графические редакторы и т.п. ПО реализует задачи функционирования, метрологического обеспечения, тестирования каналов ввода/вывода.

В качестве SCADA-пакета верхнего уровня используется пакет программ «iFix 3.0» и «iFix 3.5». Пакет программ iFix предоставляет информацию о технологическом процессе для управляющих производством диспетчеров и операторов в виде отчетов, мнемосхем, архивированных данных, тревог, сообщений. Пакет iFix 3.0 обеспечивает обмен данными между всеми узлами автоматизированной системы. Для обмена данными с другими системами используется базовое программное обеспечение MS SQL 2000 Server.

Автоматизированные системы тепловых сетей имеют следующий состав программных средств:
Программируемые контроллеры TREI-5B-02:
• операционная система – QNX v.4.25;
• целевая задача для контроллеров под ОС QNX – ISaGRAF QNX Target.

Станции операторов:
• операционная система – Windows 2000 Professional;
• MS Office 2000 или 2003 – профессиональный выпуск;
• ISaGRAF OPC server;
• базовое программное обеспечение: SCADA iFix Standard HMI Pack (Runtime), v.3.0 или v.3.5.

Технологический сервер и станция диспетчера:
• операционная система – Windows 2000 Professional;
• MS Office 2000 или 2003 – профессиональный выпуск;
• ISaGRAF OPC server;
• базовое программное обеспечение: SCADA iFix Standard HMI Pack (Runtime), v.3.0 или v.3.5.

Станция инжиниринга:
• операционная система – Windows 2000 Professional;
• MS Office 2000 или 2003 – профессиональный выпуск;
• ISaGRAF OPC server;
• базовое программное обеспечение: ISaGRAF Workbench v. 3.4 и SCADA iFix Standard HMI Pack (Developer), v. 3.0 или v. 3.5.

Сервер обмена данными:
• операционная система – Windows 2000 Server;
• MS Office 2000 профессиональный выпуск;
• базовое программное обеспечение MS SQL 2000 Server.

2.6. Расчет и организация учета тепловой энергии теплоносителя

Расчеты тепловой энергии на всех узлах коммерческого учета тепла системы выполнены согласно «ГОСТ Р 8.592-2002 ГСИ. Тепловая энергия, потребленная абонентами водяных систем теплоснабжения. Типовая методика выполнения измерений».

Полученная тепловая энергия Q определяется по формуле:

Q = h1 * m1 – h2 * m2 – hхв * mп,
где:
m1 = ρ 1 * Gуз № 1 — масса сетевой воды, полученной от источника теплоты по подающему трубопроводу;
m2 = 2 * Gуз № 2 — масса сетевой воды, возвращенной источнику теплоты по обратному трубопроводу;
mп = m1 - m2 — масса сетевой воды, израсходованной потребителем;
Gуз № 1 — объём сетевой воды, измеренный на узле учёта №1;
Gуз № 2 — объём сетевой воды, измеренный на узле учёта №2;
ρ 1 и ρ 2 — плотность сетевой воды на узлах учёта №1 и №2;
h1 и h2 — энтальпия сетевой воды на узлах учета №1 и №2;
hхв - энтальпия холодной воды, используемой для подпитки систем теплоснабжения на ТЭЦ. Величина hхв определяется по соответствующим измеренным на узле учета источника теплоты средним за рассматриваемый период времени значениям температур и давлений.

Энтальпия (h) и плотность (ρ) определяются по соответствующим таблицам, согласно ГСССД 98-86. На участке трубопровода, где установлен узел учета, измеряется давление и температура и, согласно измеряемым значениям, программируемый контроллер TREI-5B-02 делает выборку значений энтальпии и плотности из таблиц, хранящихся в памяти контроллера в двоичном формате. Рассчитанные на контроллере значения тепловой энергии по каждому узлу учета передаются на станцию диспетчера.

Организация учета тепловой энергии теплоносителя выполнена согласно п.3.1.1. «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя». На узлах учета тепла и теплоносителя определяются следующие величины:
• среднечасовая и среднесуточная температура в подающем и обратном трубопроводе;
• среднечасовое и среднесуточное давление в подающем и обратном трубопроводе;
• произведение массы сетевой воды на ее энтальпию в подающем и обратном трубопроводе за каждый час и за сутки;
• расход сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе за каждый час и за сутки;
• разность расходов в подающем и обратном трубопроводах (потребление воды) за каждый час и за сутки;
• полученная и отпущенная тепловая энергия за каждый час и за сутки.

Архив почасовых и посуточных значений измеренных и вычисленных величин каждые сутки формируется в отчетный документ, который можно просмотреть на станции диспетчера и при необходимости вывести на печать.

Системе регистрируются следующие величины:
• количество часов работы контроллера и приборов за текущие сутки и месяц, за предыдущие сутки и месяц и всего с начала отопительного сезона;
• произведение массы сетевой воды на ее энтальпию в подающем трубопроводе за текущие сутки и месяц, за предыдущие сутки и месяц и всего с начала отопительного сезона;
• произведение массы сетевой воды на ее энтальпию в обратном трубопроводе за текущие сутки и месяц, за предыдущие сутки и месяц и всего с начала отопительного сезона;
• расход в подающем трубопроводе за текущие сутки и месяц, за предыдущие сутки и месяц и всего с начала отопительного сезона;
• расход в обратном трубопроводе за текущие сутки и месяц, за предыдущие сутки и месяц и всего с начала отопительного сезона;
• полученная и отпущенная тепловая энергия за текущие сутки и месяц, за предыдущие сутки и месяц и всего с начала отопительного сезона;
• разность расходов за текущие сутки и месяц, за предыдущие сутки и месяц и всего с начала отопительного сезона;
• средняя температура в подающем трубопроводе за текущие и предыдущие сутки;
• средняя температура в обратном трубопроводе за текущие и предыдущие сутки;
• последнее время запуска контроллера.

Имеется возможность просмотреть значения измеренных и вычисленных величин на текущий момент времени и, при необходимости, вывести на печать в виде отчетного документа. По всем описанным выше величинам ведется архив. Глубина архива ограничивается только размером жесткого диска станции диспетчера. Максимальный размер архива за сутки 2,95 Мб, соответственно размер архива за год – 1,05 Гб.
 
    Навигация по странице:
 
^ Наверх ^ 123 мс