главнаяотчеты по проектамотраслевые решенияхимияАвтоматизация локаль ... иак-2 ООО НАК «АЗОТ» / 2003 г.

Автоматизация локальной системы управления турбоприводами дымососов и насосов питательной воды цеха Аммиак-2 ООО НАК «АЗОТ»

Система предназначена для автоматического управления оборотами четырех турбин, автоматического поддержания уровня в паросборнике и разрежения под сводом печи, формирования технологических блокировок, предупредительной и аварийной сигнализации.
В настоящее время возникает необходимость организации операторского контроля состояния агрегатов и архивирования данных. Это, безусловно, невозможно сделать на устаревшем оборудовании существующей системы. Причем физически и морально устарели как устройства управления, так и исполнительные устройства. Большинство турбин имели срок службы более 20 лет. Электронных САР на них никогда не было, а гидравлические полностью износились и не обеспечивали требуемой точности и диапазона регулирования. Все турбины были оснащены механическими регуляторами скорости и центробежными автоматами защиты от сверхоборотов.

В результате чего существующая система автоматического регулирования имела ряд серьёзных недостатков:
• штатная система управления предусматривала только местное управление и не позволяла интегрировать новые агрегаты в АСУТП;
• механический регулятор скорости сложен в настройке и ненадёжен в эксплуатации, к моменту начала проведения капитального ремонта все 4 регулятора были неисправны и не подлежали восстановлению;
• механические регуляторы скорости, даже в случае восстановления, не обеспечивали возможности дистанционного управления оборотами во всём диапазоне частот вращения вала;
 
 
• для работы системы автоматического регулирования использовалось масло, что резко снижало пожаробезопасность турбоагрегатов;
• используемые тахометры морально и физически устарели, погрешность измерения частоты вращения вала составляла более 2%;
• центробежный автомат безопасности имел низкую точность настройки, что вызывало его преждевременное срабатывание;
• механические системы требовали более частых остановок агрегатов для периодического обслуживания, что отрицательно сказывалось на показателях работы цеха.

Кроме того турбины мощностью до 50 МВт, как правило, являются приводными и вспомогательными, применение сложной и дорогой системы автоматики на них экономически невыгодно; восстановление штатной системы регулирования неоправданно дорого, в связи с тем, что ЗИП снят с производства на заводе — изготовителе и предлагается как изделие, выполненное по спецзаказу.
Таким образом, технологические характеристики объекта до автоматизации оставляли желать лучшего: узкий диапазон регулирования; низкая точность; отсутствие возможности дистанционного управления; отсутствие связи с автоматом безопасности.

Задачи автоматизации
Для устранения указанных выше недостатков было принято решение заменить гидравлические системы управления пневматическими. Основными объектами автоматизации являются насосы питательной воды, служащие для подачи питательной воды в паросборник. Поддержание заданного уровня в паросборнике осуществляется путем регулирования частоты вращения турбины привода питательного насоса, а поддержание заданного оператором разряжения в печи первичного риформинга путем регулирования частоты вращения турбин приводов дымососов.

Кроме того, по техническим требованиям заказчика система после модернизации должна была выполнять следующие функции:
• контроль параметров технологического процесса;
• сигнализацию превышения границ уставок технологическими параметрами;
диагностику датчиков уровня в паросборнике и выбор достоверного сигнала;
• диагностику датчиков разряжения в печи и выбор достоверного;
• стабилизацию оборотов турбины по заданию оператора;
• дистанционное управление клапанами подачи пара на турбины;
• формирование журналов событий технологии, действий оператора и сигнализаций;
• ведение архива истории технологических параметров процесса.

Архитектура системы
Локальная система управления реализована с применением контроллера TREI-5B-02. Для повышения надежности системы использовано 100% резервирование контроллерной части. Для измерения оборотов турбин в шкаф дополнительно установлена система измерения оборотов фирмы Bently Nevada 3500. Каналы измерения оборотов дублированы. Шкаф питается от двух независимых источников бесперебойного питания напряжением 220В переменного тока. Использованы источники питания, имеющиеся на объекте. Предложенная конфигурация обеспечивает высокую надёжность электронного оборудования, что является обязательным требованием на подобных производствах.
Программное обеспечение контроллеров не менее надёжно: в качестве операционной системы используется промышленная операционная система QNX, среда технологического программирования — ISaGRAF.
Исполнительный механизм регулятора скорости использует пневмоцилиндр с позиционером для воздействия на штатный регулирующий паровой клапан. Для воздействия на стопорный клапан применен пневматический мембранный исполнительный механизм. Это решение позволило полностью исключить масляную управляющую систему с упомянутых выше турбин.

Функциональные возможности
Система оснащена мощным программно — аппаратным комплексом самодиагностики, который позволяет не только автоматически переключать основной и резервный комплекты контроллеров в случае возникновения неисправностей в аппаратной части, но и отслеживать рассогласование между показаниями дублированной пары датчиков и генерировать предупредительную сигнализацию.

Программное обеспечение контроллера позволяет безударно выполнять любой переход:
• смена режима работы регуляторов;
• переход между резервированными датчиками;
• переход управления между комплектами.

Задачи, выполняемые системой:
• дистанционное управление регуляторами подачи пара на турбины;
• автоматическое поддержание заданных оборотов;
• автоматическое поддержание уровня в паросборнике путём изменения частоты вращения насосов питательной воды;
• автоматическое поддержание разрежения в печи первичного риформинга путём изменения частоты вращения дымососов;
• контроль сверхоборотов и выдачу дискретного сигнала в систему защиты от сверхоборотов (электронный автомат безопасности);
• автоматическую остановку турбины как от сверхоборотов, так и от сигнала внешней блокировки;
• автоматическое архивирование всех аналоговых параметров системы;
• автоматическое формирование журналов событий системы и действий оператора;
• динамическую настройку шкал измеряемых каналов без остановки системы управления;
• испытание защиты турбин от превышения оборотов без реального повышения частоты вращения вала.

В контроллере так же реализован программный блок автоматического пуска резервного насоса питательной воды по внешней команде — от контроллера Honeywell (система TDC-3000).

Структура нижнего уровня
Под нижним уровнем подразумевается контроллерная часть с интегрированным программным обеспечением. Контроллерная часть разбита на 2 подсистемы: подсистему измерения скорости с электронным автоматом безопасности и подсистему управления и регулирования.

Подсистема измерения скорости реализована на специализированном контроллере Bently Nevada 3500. Контроллер укомплектован четырьмя двухканальными блоками Tachometer и четырёхканальным релейным блоком. В качестве датчиков частоты вращения использованы проксиметры той же фирмы, по два на каждую турбину. В случае если любой из датчиков зафиксирует превышение оборотов, сработает реле в релейном блоке, соответствующее данной турбине. Контакт этого реле вызывает срабатывание стопорного клапана. Вторая контактная группа того же реле подаёт дискретный сигнал в подсистему регулирования, вызывая дополнительно закрытие регулирующего клапана с последующей регистрацией события срабатывания защиты.

Таким образом, система защиты от сверхоборотов и система регулирования связаны только информационно и отказ управляющего контроллера не нарушает защитных функций системы. В то же время такая схема позволяет реализовать дополнительную защиту, в случае несрабатывания стопорного клапана. На период испытания автомата безопасности величину срабатывания в контроллере Bently Nevada снижают до 80-90% от номинальных оборотов, и на такой уставке проверяют срабатывание механизма защиты, разгоняя турбину в диапазоне разрешенных оборотов. В случае нормального срабатывания уставку в контроллере возвращают на место, система передаётся в эксплуатацию. Отказ системы защиты на испытаниях в этом случае обнаруживается уже до достижения турбиной запредельных оборотов, что позволяет проверить систему защиты без риска разрушения турбины от сверхоборотов.

 
Пример видеокадра
 
Подсистема регулирования и управления реализована на резервированной паре контроллеров TREI-5B-02. Управляющая программа состоит из 4-х регуляторов оборотов, регулятора уровня в паросборнике, регулятора разрежения в печи риформинга, блока переключения режимов работы и вспомогательного модуля. В качестве регулятора оборотов применён стандартный ПИД-регулятор из библиотеки алгоритмов регулирования и управления контроллера TREI-5B-02. Выходы этих регуляторов связаны с управляющими выходами контроллера и клапанами подачи пара на турбинах. Регуляторы уровня и разрежения также стандартные, но их выход отградуирован в оборотах турбины и не связан с физическим выходом контроллера. Любой регулятор оборотов может работать в трёх режимах: дистанционном, автоматическом и каскадном. Выбором режима управляет оператор.

В ручном режиме работы оператор может непосредственно управлять клапаном подачи пара на турбину в диапазоне от минимальной до максимальной уставок хода исполнительного механизма. Положение исполнительного механизма запоминается блоком переключения режимов работы. В этом режиме оператор так же может изменить задание регулятору оборотов, но никакого действия на систему это не произведёт. При переходе в автоматический режим работы регулятор начинает управлять клапаном подачи пара, стабилизируя обороты турбины на уровне заданного числа оборотов. При этом для начального положения исполнительного механизма используется значение, запомненное в ручном режиме работы. Это обеспечивает безударный переход из режима ручного управления на автоматический режим. При обратном переходе положение исполнительного механизма останется без изменения относительно автоматического режима, за это отвечает блок переключения режимов. В автоматическом режиме оператор имеет возможность изменять задание оборотов турбины.

При каскадном режиме работы регулятора позиций 101 (дымососы) в качестве задания оборотов используется выход регулятора разрежения. Аналогично собрана схема каскадного режима позиций 104 (насосы питательной воды). При такой схеме работы с точки зрения регулятора уровня (разрежения) комплекс турбина — регулятор оборотов является единым исполнительным механизмом. Такой принцип регулирования дает экономический эффект за счет того, что турбина потребляет ровно столько пара, сколько необходимо для поддержания технологии. Безударность перехода обеспечивается блоком переключения режимов. Блок обеспечивает равенство выхода ведущего регулятора и задания регулятора оборотов в момент сборки каскадной схемы. При подключении второго регулятора оборотов к уже собранной каскадной схеме, задание второго ведомого регулятора линейно изменяется от установленного на момент подключения до выходного значения ведущего регулятора. Таким образом, обеспечивается плавный и безударный переход на любой режим работы.

Вспомогательный модуль обеспечивает связь с системой визуализации, контроль и выбор датчиков из дублированной пары. Так же он может воздействовать на блок переключения режима. Например, если собрана схема каскадного управления уровнем паросборника и происходит отказ ведущего датчика уровня, вспомогательный блок подключит к работе резервный датчик уровня. В случае отказа обоих датчиков каскадная схема будет автоматически разобрана, ведомый регулятор перейдёт в режим поддержания оборотов, при этом будет запомнено последнее задание оборотов, полученное от ведущего регулятора.

Верхний уровень АСУ
Верхний уровень представлен сервером с установленной SCADA-системой iFix 3.0. Сервер также выполняет функции рабочей станции оператора. Связь станции оператора с нижним уровнем осуществляется по сети Ethernet, обеспечивающей обмен 10/100 Мбит/с.

Представление информации на станции оператора
Станция оператора предназначена для организации пользовательского интерфейса, а именно:
• отображения информации об управляемом технологическом процессе;
• ввода управляющих команд и информации от оператора;
• формирования отчетов;
• сигнализации и регистрации выходов параметров за заданные уставки предварительной и аварийной сигнализации;
• долговременного хранения информации;
• обмена информацией с нижним уровнем системы.

Со станции оператора ведётся настройка коэффициентов регуляторов и параметров входных аналоговых сигналов. Все события, возникающие в системе, значения входных параметров и действия оператора записываются. Весь интерфейс пользователя выполнен на русском языке, для работы требуются только начальные навыки владения персональным компьютером.

Результаты автоматизации
Разработка данного проекта проводилась специалистами региональных представительств фирмы «TREI GmbH». Кроме того, фирма «TREI GmbH» обеспечила весь комплекс работ по модернизации системы, начиная от закупки и установки технологического оборудования, заканчивая пусконаладкой и вводом в эксплуатацию системы управления на базе ПТК TREI. В результате удалось добиться следующих технологических показателей:
• диапазон регулирования от 0 до 95% от уставки срабатывания автомата безопасности;
• точность регулирования ±50 об/мин. при шкале 8000 об/мин. (менее 1%) и ходе ИМ 15%;
• погрешность измерения скорости — 0.05%, что исключает ошибочное срабатывание автомата безопасности.

В системе обеспечивается воздействие автомата безопасности как на отсекающий, так и на регулирующий клапаны. В системе существенно упростилась процедура настройки регуляторов; удобная система визуализации позволяет оператору своевременно принимать решения о корректировке технологического процесса.

В настоящее время система успешно эксплуатируется в цехе Аммиак-2 ООО НАК «Азот» г.Новомосковск. По подсчетам специалистов экономическая эффективность внедрения АСУ ТП только за период с апреля по декабрь 2004 года составила 4,5 млн. рублей.
 
    Навигация по странице:
 
^ Наверх ^ 45 мс