Системы комплектной автоматики » АСУ ТП теплового пункта – типовое решение на базе единого комплекса программно-технических средств

АСУ ТП теплового пункта – типовое решение на базе единого комплекса программно-технических средств


    Гурьянов Л.В., Ладугин Д.В., Угреватов В.Ю.
    В настоящее время значительные изменения происходят не только в техническом оснащении, но и в расширении выполняемых функций автоматизированных систем, управляющих теплопотреблением зданий. В то же время существующие теплосети не в полной мере отвечают современным условиям регулирования теплопотребления зданий. Однако эти теплосети рано списывать за ненадобностью. Они содержат значительный потенциал, который еще следует реализовать в ближайшем будущем [1].
    Поэтому особый интерес представляют автоматизированные системы, объектом управления которых являются центральные тепловые пункты.

    Назначение и объекты управления АСУ ТП

    АСУ ТП теплового пункта предназначена для эффективного управления технологическим процессом обеспечения потребителей тепловой энергией и горячим водоснабжением с целью повышения его надёжности, качества и экономичности.
    Объектом управления АСУ ТП являются центральные тепловые пункты, обеспечивающие присоединение к тепловой сети систем теплопотребления: отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических установок потребителей. Рассматриваемое решение максимально удовлетворяет техническим требованиям к крупным тепловым пунктам. В то же время оно может быть легко адаптировано и к другим тепловым пунктам.

    Основные функции АСУ ТП

    АСУ ТП реализует следующие функции:

    • Измерение:
      • температуры, давления, расхода теплоносителя и тепловой энергии в трубопроводах тепловой сети и систем теплопотребления
      • тока и температуры подшипников электродвигателя насосов
      • сигналов с дискретных датчиков, в том числе с концевых выключателей запорной и регулирующей арматуры, насосных агрегатов с последующим отображением положения (состояния) исполнительных механизмов на экране панели оператора и (или) АРМ оператора
    • Коммерческий (технический) учет:
      • расхода теплоносителя и тепловой энергии, переданных в системы теплопотребления потребителей, в соответствии с «Правилами учета тепловой энергии и теплоносителя»
      • электрической энергии, потребляемой тепловым пунктом
    • Коррекция системного времени контроллера и подключаемых к нему тепловычислителей и счетчиков электроэнергии по сигналам точного времени, получаемым с GPS-приемника (для подсистем коммерческого и технического учета энергоносителей)
    • Дистанционное управление пуском и остановом насосов, открытием и закрытием запорной и регулирующей арматуры
    • Автоматическое регулирование технологических параметров теплового пункта:
      • температуры, давления, расхода воды, поступающей в систему горячего водоснабжения потребителей
      • тепловой энергии в системе отопления потребителей в зависимости от изменения температуры наружного воздуха
      • перепада давлений воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети на вводе в тепловой пункт;
      • ограничение расхода теплоносителя из тепловой сети на тепловой пункт
    • Индивидуальное и групповое автоматическое управление насосными агрегатами:
      • включение и выключение подпиточных насосов для поддержания статического давления в системах теплопотребления при их независимом присоединении
      • корректирующих (подмешивающих) насосов для снижения температуры воды после теплового пункта в зависимости от принятого температурного графика при зависимом присоединении систем теплопотребления
      • плавный пуск и регулируемый останов электродвигателей насосов для исключения гидравлических ударов в трубопроводе (при использовании электроприводов насосов с частотным регулированием)
      • чередование включения насосов в работу для равномерной выработки ресурса электродвигателей и насосов
      • автоматический ввод в работу резервного насоса (АВР)
    • Выполнение алгоритмов противоаварийных защит и блокировок (ПАЗ) технологического оборудования теплового пункта
    • Сигнализация о неисправностях оборудования или о нарушениях заданного значения контролируемых параметров
    • Сбор, архивирование и документирование технологических данных и событий системы
    • Отображение технологической информации на местном щите управления, на экране панели оператора, на АРМ оператора
    • Обмен технологическими данными с центральным и (или) районными диспетчерскими пунктами, в том числе прием дистанционных команд управления, настроек и уставок технологического процесса (при работе системы в составе МАСДУ тепловых сетей).

    В зависимости от назначения теплового пункта и конкретных условий присоединения систем теплопотребления потребителей автоматизированная система управления может выполнять все или часть рассмотренных функций.

    Архитектура

    В иерархии АСУ ТП теплового пункта выделяют несколько территориально и функционально распределенных уровней сбора и обработки информации (рисунок 1).

    Рисунок 1

    Нижний уровень системы включает в себя исполнительные механизмы, оборудование КИПиА, тепловодосчетчики, счетчики электроэнергии (интеллектуальные устройства), располагаемые на технологических участках теплового пункта.
    Средний уровень системы представлен микропроцессорным контроллером DevLink-D500 и модулями ввода-вывода DevLink-А10. Основные функции системы на этом уровне следующие:

    • аналого-цифровое преобразование сигналов с аналоговых и дискретных датчиков в цифровой код и заданную алгоритмическую обработку информации с датчиков нижнего уровня системы
    • информационный обмен с интеллектуальными устройствами нижнего уровня (с тепловодосчётчиками, счетчики электроэнергии). В качестве счетчиков электроэнергии могут применяться, например, электросчетчики типа СЭТ, Меркурий, ПЦ и другие. В качестве тепловодосчетчиков – например, приборы фирм «ВЗЛЕТ», «ЛОГИКА» и других
    • формирование выходных управляющих сигналов на исполнительные механизмы по задаваемым технологическим программам или по командам оперативно- диспетчерского персонала
    • обмен данными с центральным и (или) районным диспетчерским пунктом (при работе системы в составе АСУТП тепловых сетей) по резервируемым проводным и беспроводным каналам связи
    • дублирование на щите местного управления индикации и сигнализации по основным технологическим параметрам теплового пункта, а также управление насосами, регулирующей и запорной арматурой.

    DevLink-C1000 способен опрашивать множество различных приборов, считывать архивы, а также имеет функции межконтроллерного обмена.

    Верхний уровень системы включает в себя автоматизированное рабочее место оперативно-диспетчерского персонала. На этом уровне осуществляется:

    • сбор, обработка и долговременное хранение информации получаемой с контроллера среднего уровня системы
    • документирование и визуализация оперативных и архивных данных системы
    • ручной ввод настроечных параметров системы (технологических уставок, настроек регуляторов, шкалы датчиков и т.п.)
    • формирование команд контроллеру на выполнение технологических программ, на выдачу управляющих сигналов исполнительными механизмами.

    Отличительные особенности и преимущества

    • Реализация информационно-вычислительных и управляющих функций системы на базе единого комплекса программно-технических средств [2]:
      • единый проект автоматизации для разработки и реализации АСУ ТП теплового пункта на основе SCADA КРУГ-2000® и программного обеспечения (ПО) контроллера DevLink-C1000®
      • глубокая интеграция SCADA КРУГ-2000 и DevLink-C1000 позволяет формировать единую базу данных проекта, вести отладку проекта автоматизации, как на верхнем уровне, так и на уровне контроллера (возможна и удаленная отладка), получить наилучшие характеристики производительности работы АСУ ТП
      • хранение архивов в памяти контроллера предоставляет широкие возможности для создания территориально распределенных систем. В таких системах DevLink-C1000 способен осуществлять связь как по запросу от системы верхнего уровня, так и по своей инициативе (по расписанию или событию). Архивы могут сохраняться как в оперативной, так и в энергонезависимой памяти контроллера (в зависимости от решаемой задачи)
      • ПО DevLink-C1000 позволяет легко и быстро создавать контуры ПИД-регулирования (в том числе каскадного и многосвязного). С помощью встроенных алгоритмов, разветвленной системы сигнализаций, функций «динамических» и «статических» балансировок, компенсации люфтов, а также множества других дополнительных настроек можно реализовать самые разнообразные системы регулирования
      • функция расчета тепла и газа, реализованная на контроллере DevLink-C1000, позволяет отказаться от использования тепловычислителей и корректоров объема газа
      • взаимодействие с устройствами нижнего уровня может принимать вид, как аналоговых сигналов, так и дискретных («включено/выключено», «открыто/закрыто» и других подобных сигналов). Для этих целей совместно с контроллером DevLink-C1000 используются модули ввода/вывода DevLink-А10. Устройства серии A10 предназначены для периферийного ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов в системах АСУ ТП и системах распределенного сбора данных. Модули обеспечивают сбор информации с первичных преобразователей, а также формирование управляющих воздействий на систему
      • контроллер DevLink-C1000 имеет солидный набор коммуникационных драйверов для большинства используемых в России и ближнем зарубежье приборов учета, причем новые драйверы выпускаются практически ежемесячно. Следует отметить драйвер-шлюз, который обеспечивает прямой доступ стороннего программного обеспечения к интеллектуальным приборам, подключенным к портам контроллера. Это позволяет строить несколько разнородных подсистем, работающих с одними и теми же приборами учета и эффективно разделять информационные потоки
      • встроенный Web-конфигуратор производит настройку основных параметров контроллера DevLink-C1000 (как по месту, так и удаленно, например, через сеть Интернет) без установки дополнительного программного обеспечения с помощью Web-браузера
      • промышленный контроллер DevLink-C1000 и модули ввода/вывода DevLink-A10 поддерживают открытые протоколы связи (OPC, MODBUS и другие). Таким образом, контроллеры и модули могут использоваться с большинством SCADA-систем, а модули DevLink-A10 кроме этого совместимы и с промышленными контроллерами других производителей
    • Модульность системы, позволяющая осуществлять поэтапное подключение к системе объектов 1-й, 2-й, 3-й и последующих очередей
    • Возможность тиражирования и адаптации АСУ ТП или отдельных ее частей (подсистем) на аналогичных объектах тепловых сетей
    • Возможность работы в составе распределенной АСУТП тепловых сетей.

    Результаты внедрения

    • Снижение производственных издержек за счет:
      • оптимизации процесса теплоснабжения
      • оперативного реагирования эксплуатационных служб на аварийные ситуации вследствие их своевременного обнаружения и локализации
      • снижения затрат на ремонт технологического оборудования теплового пункта, в том числе за счет увеличения ресурса и межремонтных сроков насосов и электродвигателей
    • Экономия от снижения потребления электроэнергии при регулировании производительности насосных агрегатов (при изменении частоты вращения ротора насосов)
    • Обеспечение персонала достаточной, достоверной и своевременной технологической и ретроспективной информацией для ведения оперативного контроля и управления процессом теплоснабжения, для анализа, оптимизации и планирования работ по эксплуатации оборудования теплового пункта и его ремонтов
    • Повышение надежности системы в целом, за счет уменьшения влияния «человеческого фактора» и автоматической диагностики системой всех её элементов.

    На базе данного решения подготовлены проекты для внедрения АСУ ТП тепловых сетей для «Саратовских тепловых сетей», «Курских тепловых сетей», АСУ ТП теплоснабжения зоны МДП-2 ОАО «ТЕВИС» (г. Тольятти), ОАО «Сарансктеплотранс», Астраханский филиал ООО «ЛУКОЙЛ-ТТК» и других.

    1. Пырков В. В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование.– К. II ДП «Такі справи», 2007.
    2. Угреватов А.Ю., Варламов А.В. Коммуникационные устройства серии DevLink®– «ИСУП» № 5(41)_2012.