Большинство существующих систем автоматики созданы в конце 1980х гг. на основе релейных элементов. Такие системы характеризуются низкой надежностью и недостаточным быстродействием. Системы, выполненные на основе быстродействующих и высоконадежных микроконтроллеров и компьютерных технологий, лишены этих недостатков и позволяют контролировать и управлять параметрами процессов с высокой точностью. В ЖКХ уже сотни, а то и тысячи внедренных автоматизированных и автоматических систем контроля и управления исполняют функции контроля производства, распределения, учета и потребления энергоресурсов без участия или с частичным участием оператора. Одной из таких систем является система автоматического управления производством тепловой энергии в паровых котлах (САУПК). Система автоматического управления паровыми котлами САУПК создана для автоматизации процесса производства тепловой энергии в котлах. Система позволяет управлять процессом производства пара и горячей воды практически без непосредственного участия человека в процессе. Применение данной системы повышает эффективность функционирования агрегата за счет снижения потребления энергоресурсов, рациональной эксплуатации технологического оборудования, позволяет снизить вероятность возникновения аварийных режимов функционирования котла, повысить экологические характеристики котельной и культуру производства. САУПК отслеживает все параметры процесса в автоматическом режиме, контролирует исправность оборудования и при возникновении неполадок и аварийных ситуаций сигнализирует об этом обслуживающему персоналу. Электронная система контроля герметичности запорной арматуры В состав основных функций САУПК входит контроль герметичности клапанов, реализуемый электронной системой контроля герметичности (СКГ) запорной арматуры. Указанная система предназначена для определения неисправностей и герметичности запорной арматуры газовых горелок котлов и других газоиспользующих установок, оснащенных ручными запорными органами и запорными органами с приводом, в соответствии с требованиями Правил технической безопасности в области газоснабжения в целях исключения утечки газа, предотвращения аварийных ситуаций и обеспечения безопасной эксплуатации газоиспользующих установок. Электронная СКГ способна осуществлять контроль герметичности всей запорной арматуры котельной и любой газоиспользующей установки Система контроля герметичности представляет собой комплекс технических и программных средств. Технические средства размещены в стандартном металлическом шкафу с запираемой дверью со степенью защиты IP 54 навесного или напольного исполнения. Для управления процессом на лицевой стороне двери закреплена панель оператора с органами управления и отображения информации. Во внутреннем отсеке шкафа размещены: программируемый контроллер; модули ввода/вывода сигналов; интерфейсный модуль связи; блок питания; промежуточные реле для управления клапанами; вспомогательная электроаппаратура. Источники сигналов и исполнительные устройства устанавливаются на технологическом оборудовании. Расположение и конструкция встроенной электроаппаратуры обеспечивают надежную работу, удобный доступ и их обслуживание. Основой структуры СКГ является программируемый контроллер, который по программе производит обработку информации, полученной через модули ввода от датчиков, и управление клапанами через модули вывода, а результаты обработки передает на дисплей панели оператора и в САУПК — через модуль связи.В качестве программируемого контроллера СКГ используется контроллер 7СР474.602 фирмы Bernecker & Rainer Industrie Elektronik GmbH (Австрия). Выбор контроллера обусловлен его высокой функциональностью. Этот контроллер имеет 100 Кб энергонезависимой памяти для приложений, 256 Кб — для прикладных программ, интерфейс RS232 для программирования и визуализации, индикаторы состояния, энергонезависимые часы реального времени, четыре места для подключения модулей и достаточное быстродействие, что обеспечивает выполнение всех предназначенных для СКГ функций. Программируемые контроллеры имеют операционную среду, диагностирующую состояние управляющей техники, контролирующую корректность выполнения программ пользователя и позволяющую их отлаживать. Инструментальное программное обеспечение, а также аппаратные средства позволяют производить диагностику управляющей техники в режиме мониторинга. Прикладное программное и системное обеспечение дает оператору-технологу максимум информации о состоянии датчиков и исполнительных механизмов. Контроллер соединен с панелью оператора, объединяющей четырехстрочный дисплей, отображающий по 20 символов в каждой строке и 24 функциональные и программируемые кнопки. Дисплей панели оператора позволяет отображать информацию о состоянии текущего процесса, а кнопки — вводить команды и производить настройки системы. Интерфейсный модуль связи также соединен с контроллером и обеспечивает связь системы с вышестоящими звеньями управления. Модули ввода предназначены для приема информации от датчиков, установленных на технологическом оборудовании котла, а модули вывода — для усиления сигналов, управляющих запорной арматурой. Число модулей ввода/вывода определяется количеством датчиков, измерительных преобразователей, клапанов и исполнительных механизмов. В качестве датчиков могут использоваться дискретные или аналоговые датчики давления. Выходные сигналы аппаратуры СКГ способны управлять электромагнитными клапанами и клапанами с моторным приводом. Блок питания обеспечивает потребителей СКГ электрической энергией необходимого качества. Система управления запитывается от сети переменного тока напряжением 220 В (диапазон 187–288 В) или от сети постоянного тока напряжением 24 В (18–32 В).Принцип действия СКГ, функциональные возможности Принцип действия системы основан на анализе изменения давления в объеме между запорным механизмом горелки и головным запорным устройством. Система СКГ обеспечивает выполнение следующих функций: контроль герметичности всей запорной арматуры котельной, включая запорные клапаны горелок и запальников перед каждым их пуском и после отключения; блокировку розжига при определении утечки на одном из газовых клапанов; ведение журнала событий о параметрах работы запорной арматуры (дата и время проведения проверки, номер клапана, номер горелки, исправность клапана, количество проверок и др.); расчет максимально допустимой нормы утечки газа; расчет продолжительности испытания; минимизацию времени процесса проверки. Система СКГ осуществляет: формирование выходных сигналов в автоматическом и ручном режимах; визуальное отображение информации на дисплее; формирование сигналов дистанционного управления электромагнитными клапанами или клапанами с моторным приводом в соответствии с регламентом проверки герметичности; формирование сигналов аварийной звуковой и световой сигнализации; формирование сигнала разрешения включения запальника. Управление системой осуществляется передачей управляющих сигналов системы автоматического управления паровыми котлами в СКГ. Кроме того, панель оператора СКГ позволяет производить ввод команд и установку данных: тип датчика-реле давления, тип клапанов, запуск процесса проверки герметичности, открытие клапанов в наладочном режиме, продолжительность проверки, входное давление, норма утечки, объем газа, тип газа, проверка срабатывания аварийной сигнализации. В процессе тестирования технологического оборудования на дисплее обеспечивается отображение следующих параметров работы: этап проверки (перед пуском или после отключения горелки), состояние клапанов; состояние датчиков-реле давления, текущее значение давления газа (при использовании аналоговых датчиков давления), продолжительность проверки, входное давление, норма утечки, объем газа, срабатывание аварийной сигнализации, режим блокировки розжига. СКГ имеет следующие дополнительные возможности: ❏ приема и передачи управляющих сигналов и данных по стандартным интерфейсам связи при работе в составе автоматизированной системы управления; ❏ автоматического возобновления процесса тестирования запорной арматуры после кратковременного пропадания питающего напряжения; ❏ функционирования с различными проверяемыми объемами, входным давлением и допустимыми утечками; ❏ проверки герметичности независимо от типа газа (любое входное давление); ❏ применения клапанов любого Ду с электромагнитным или с моторным приводом; ❏ применения датчиковреле давления, имеющих сигнал срабатывания в виде «сухого контакта» или сигнала с напряжением +24 В; ❏ применения аналоговых датчиков давления, имеющих стандартный выходной сигнал: 0–20 мА, 4–20 мА, +10 В (применение аналоговых датчиков давления позволяет существенно повысить точность измерения давления газа и, как следствие, очень точно и быстро определить герметичность клапанов); совместной работы с компрессором, предназначенным для создания испытательного давления; отображения на дисплее знареннем отсеке шкафа размещены: программируемый контроллер; модули ввода/вывода сигналов; интерфейсный модуль связи; блок питания; промежуточные реле для управления клапанами; вспомогательная электроаппаратура. Источники сигналов и исполнительные устройства устанавливаются на технологическом оборудовании. Расположение и конструкция встроенной электроаппаратуры обеспечивают надежную работу, удобный доступ и их обслуживание. Основой структуры СКГ является программируемый контроллер, который по программе производит обработку информации, полученной через модули ввода от датчиков, и управление клапанами через модули вывода, а результаты обработки передает на дисплей панели оператора и в САУПК — через модуль связи. В качестве программируемого контроллера СКГ используется контроллер 7СР474.602 фирмы Bernecker & Rainer Industrie Elektronik GmbH (Австрия). Выбор контроллера обусловлен его высокой функциональностью. Этот контроллер имеет 100 Кб энергонезависимой памяти для приложений, 256 Кб — для прикладных программ, интерфейс RS232 для программирования и визуализации, индикаторы состояния, энергонезависимые часы реального времени, четыре места для подключения модулей и достаточное быстродействие, что обеспечивает выполнение всех предназначенных для СКГ функций. Программируемые контроллеры имеют операционную среду, диагностирующую состояние управляющей техники, контролирующую корректность выполнения программ пользователя и позволяющую их отлаживать. Инструментальное программное обеспечение, а также аппаратные средства позволяют производить диагностику управляющей техники в режиме мониторинга. Прикладное программное и системное обеспечение дает оператору-технологу максимум информации о состоянии датчиков и исполнительных механизмов. Контроллер соединен с панелью оператора, объединяющей четырехстрочный дисплей, отображающий по 20 символов в каждой строке и 24 функциональные и программируемые кнопки. Дисплей панели оператора позволяет отображать информацию о состоянии текущего процесса, а кнопки — вводить команды и производить настройки системы. Интерфейсный модуль связи также соединен с контроллером и обеспечивает связь системы с вышестоящими звеньями управления. Модули ввода предназначены для приема информации от датчиков, установленных на технологическом оборудовании котла, а модули вывода — для усиления сигналов, управляющих запорной арматурой. Число модулей ввода/вывода определяется количеством датчиков, измерительных преобразователей, клапанов и исполнительных механизмов. В качестве датчиков могут использоваться дискретные или аналоговые датчики давления. Выходные сигналы аппаратуры СКГ способны управлять электромагнитными клапанами и клапанами с моторным приводом. Блок питания обеспечивает потребителей СКГ электрической энергией необходимого качества. Система управления запитывается от сети переменного тока напряжением 220 В (диапазон 187–288 В) или от сети постоянного тока напряжением 24 В (18–32 В). Принцип действия СКГ, функциональные возможности Принцип действия системы основан на анализе изменения давления в объеме между запорным механизмом горелки и головным запорным устройством. Система СКГ обеспечивает выполнение следующих функций: контроль герметичности всей запорной арматуры котельной, включая запорные клапаны горелок и запальников перед каждым их пуском и после отключения; блокировку розжига при определении утечки на одном из газовых клапанов; ведение журнала событий о параметрах работы запорной арматуры (дата и время проведения проверки, номер клапана, номер горелки, исправность клапана, количество проверок и др.); расчет максимально допустимой нормы утечки газа; расчет продолжительности испытания; минимизацию времени процесса проверки. Система СКГ осуществляет: формирование выходных сигналов в автоматическом и ручном режимах; визуальное отображение информации на дисплее; формирование сигналов дистанционного управления электромагнитными клапанами или клапанами с моторным приводом в соответствии с регламентом проверки герметичности; формирование сигналов аварийной звуковой и световой сигнализации; формирование сигнала разрешения включения запальника. Управление системой осуществляется передачей управляющих сигналов системы автоматического управления паровыми котлами в СКГ. Кроме того, панель оператора СКГ позволяет производить ввод команд и установку данных: тип датчика-реле давления, тип клапанов, запуск процесса проверки герметичности, открытие клапанов в наладочном режиме, продолжительность проверки, входное давление, норма утечки, объем газа, тип газа, проверка срабатывания аварийной сигнализации. В процессе тестирования технологического оборудования на дисплее обеспечивается отображение следующих параметров работы: этап проверки (перед пуском или после отключения горелки), состояние клапанов; состояние датчиков-реле давления, текущее значение давления газа (при использовании аналоговых датчиков давления), продолжительность проверки, входное давление, норма утечки, объем газа, срабатывание аварийной сигнализации, режим блокировки розжига. СКГ имеет следующие дополнительные возможности: ❏ приема и передачи управляющих сигналов и данных по стандартным интерфейсам связи при работе в составе автоматизированной системы управления; ❏ автоматического возобновления процесса тестирования запорной арматуры после кратковременного пропадания питающего напряжения; ❏ функционирования с различными проверяемыми объемами, входным давлением и допустимыми утечками;❏ проверки герметичности независимо от типа газа (любое входное давление); ❏ применения клапанов любого Ду с электромагнитным или с моторным приводом; ❏ применения датчиковреле давления, имеющих сигнал срабатывания в виде «сухого контакта» или сигнала с напряжением +24 В; ❏ применения аналоговых датчиков давления, имеющих стандартный выходной сигнал: 0–20 мА, 4–20 мА, +10 В (применение аналоговых датчиков давления позволяет существенно повысить точность измерения давления газа и, как следствие, очень точно и быстро определить герметичность клапанов); совместной работы с компрессором, предназначенным для создания испытательного давления; отображения на дисплее значений часов реального времени в формате ДД:ММ:ГГ, ЧЧ:ММ:СС. Алгоритм функционирования системы управления котла предусматривает проверку герметичности запорной арматуры в автоматическом и ручном режиме. Автоматический режим инициируется САУПК перед каждым розжигом горелки, а также после каждого ее выключения. В этом режиме перед розжигом горелки котла САУПК выдает системе контроля герметичности сигнал о начале тестирования. По этому сигналу СКГ последовательно проверяет работу и герметичность запорной арматуры горелки. По результатам тестирования СКГ выдает сигнал в САУПК о нормальном завершении процесса тестирования или о неисправности запорной арматуры. Если какой-либо из клапанов неисправен и не обеспечивает герметичность, в сообщении о неисправности указывается код соответствующей ошибки. После останова горелки САУПК также передает в СКГ сигнал начала тестирования, чем инициирует процесс проверки запорной арматуры. О результатах тестирования СКГ сообщает в САУПК. Ручной режим предназначен для тестирования запорной арматуры по мере необходимости и может проводиться оператором котельной установки с панели оператора САУПК. При установке этого режима оператор также может провести тестирование дистанционно, с панели оператора САУПК, или передать управление на пульт оператора СКГ. В первом случае тестирование проводится по программе, как и в автоматическом режиме. По завершении проверок СКГ также сообщает о результатах тестирования. Во втором случае САУПК выдает сигнал в систему контроля герметичности о переводе ее в ручной режим. В этом режиме функционирования оператору предоставляется возможность осуществлять непосредственное управление исполнительными устройствами вводом команд с панели оператора СКГ. Вводом команд на панели оператора СКГ оператор «по шагам» проверяет исправность и герметичность запорной арматуры горелки. Этот режим может использоваться в случаях, когда запорная арматура не оснащена приводами и приводится в действие самим оператором. При этом на дисплей панели оператора СКГ выводятся указания, что необходимо сделать оператору, а по завершении очередного шага — текущие значения давления газа и заключение об исправности оборудования. Во всех режимах СКГ считывает показания с датчиков, установленных на технологическом оборудовании и в соответствии с заложенным в программу алгоритмом обсчитывает эти значения. Заключение об исправности и герметичности оборудования СКГ делает в соответствии с уставками, значения которых заносятся в память контроллера в процессе настройки системы. В процессе работы СКГ заносит все результаты тестирования с указанием даты и времени в журнал — область памяти контроллера. Впоследствии обслуживающий персонал сможет провести считывание журнала для дальнейшего анализа.При поставке системы заказчику передается комплект документации, позволяющей скомплектовать, смонтировать, наладить, изучить систему и грамотно ее эксплуатировать. На основе документации должны быть произведены монтаж и запуск системы. Комплект документации на компоненты включает руководство по эксплуатации аппаратных средств и паспорт. Достоинства и недостатки системы Главными преимуществами выбранного варианта системы является возможность автоматического контроля состояния всей запорной арматуры котельной, что приводит к значительному упрощению работы оперативно-технического персонала, обслуживающего приводы, запорную арматуру, датчики и вспомогательное оборудование. Кроме того, система обладает высокой надежностью и точностью измерений давления газа в системе по сравнению с системами, построенными на основе средств релейной автоматики. Предлагаемая структура построения системы и использование программируемого контроллера в качестве ядра позволяет сделать ее открытой для дальнейшего развития. При необходимости панель оператора с четырехстрочным символьным дисплеем может быть заменена на панель с графическим дисплеем, который позволяет наглядно (в графическом виде) отображать не только сами клапаны и датчики, но и положение клапанов, давление газа. Системы контроля герметичности одной-двух газоиспользующих установок могут быть построены на основе панелей из семейства Power Panel, объединяющих в себе контроллер, символьный или графический дисплей, цифровые и аналоговые входы/выходы, органы управления и средства связи. Наличие у выбранной техники мощных коммуникационных возможностей в плане организации любой конфигурации стандартных интерфейсов передачи данных и широкого спектра сетевых средств позволяет создавать системы без ограничений по интеграции с другими существующими или вновь создаваемыми системами. На основе предлагаемой системы могут быть построены более сложные системы контроля герметичности. При необходимости возможно без значительных затрат наращивать количество выполняемых функций и каналов обработки сигналов, а также изменять алгоритм работы оборудования. Кроме того, структура этой системы может быть взята за основу для построения систем контроля утечки газа, жидких топлив и жидкостей и для построения систем контроля герметичности трубопроводов и емкостей. Говоря о достоинствах системы, нельзя не сказать о ее единственном недостатке — цене. Стоимость системы в пятьшесть раз превышает стоимость системы на основе элементов контактнорелейной автоматики, однако становится соизмеримой при ее использовании для контроля герметичности запорной арматуры нескольких горелок. Советы практикам При подключении и настройке системы следует обратить внимание на то, что дискретные датчики должны быть соединены с дискретными входами системы, а аналоговые датчики — с аналоговыми. Датчики давления следует выбирать такие, чтобы их параметры соответствовали давлению газа в газоиспользующей установке. При замене дискретных датчиков на аналоговые следует предусмотреть в системе достаточное количество аналоговых входов. Также при подключении клапанов необходимо учитывать их типы: регулирующие или двухпозиционные. Если в газоиспользующей установке используются не оснащенные газовыми клапанами горелки, то СКГ подключается к клапанам и датчикам, устанавливаемым дополнительно. При дальнейшем наращивании системы и выполняемых ею функций надо помнить, что количество подключаемых к контроллеру модулей ограничено и не может превышать максимально допустимое число. В таких случаях необходима замена программируемого контроллера на более мощный c большим количеством модулей. СКГ входит в состав системы автоматического управления паровыми котлами типов ДЕ, ДКВР, КВГМ, ПТВМ и других установок, использующих в качестве топлива газ. Для котельных установок, в качестве топлива которых используются жидкие и твердые виды топлива, необходимость в этой системе отпадает. Система может быть использована для контроля герметичности запорной арматуры регулируемых и нерегулируемых газовых горелок, оснащенных и не оснащенных газовыми клапанами. Также система может быть использована при модернизации устаревших систем управления котельными установками, в т.ч. систем, построенных на основе элементов релейной автоматики. При наличии компрессорной установки СКГ может быть использована в качестве испытательного стенда для проверки исправности и герметичности запорной арматуры перед установкой. Подобная система контроля герметичности уже внедрена на нескольких предприятиях: ОАО «Беллакт» (г. Волковыск), ИП «Евроэнерго», ОАО «Моготекс» (г. Могилев), ПРУП «Гродноэнергосбережение» (г. Гродно), ОАО «Климовичский комбинат хлебопродуктов», ОАО «Крахмалопаточный завод». ❏