АСУ ТП шарових млинів ШБМ 287/410 котлоагрегату БКЗ 160–100 ПТ

01.07.2010 10:53 Давність: 14 yrs Автор: Роман Савоченко

---

Підприємство: ТОВ «Краматорськтеплоенерго»

Робота: Автоматизація керування завантаженням двох шарових млинів ШБМ 287\410

Дата початку: 07.2009

Виконавці:

• Білоусов Э.М. - технічний керівник
• Садовий А.В. - науковий керівник
• Савоченко Р.А. - розробка оточення ПЛК, програмування ПЛК та верхнього рівня
• Лисенко М.С. - програмування верхнього рівня
• Зайчук Е.Н. - розробка алгоритмів
• Бірюков В.В., Лісов Л.И. - проектування шаф

1. Об'єкт автоматизації

На балансі ТОВ "Краматорськтеплоенерго" міститься ТЕЦ у складі чотирьох робочих котлів БКЗ 160–100 ПТ (6, 7, 8 та 9). Котли виробляють пар тиском 100 кгс/см2, з номінальною продуктивністю до 160 т/год, на котел. Паливом котлів слугує природний газ та вугільний пил. На цей час більший наголос робиться на використання вугілля у виробництві пару, по причині високої вартості газу. Котли 7, 8 та 9 мають робочу систему пило-підготування, яка забезпечує котли пилом.

До процесу пило-приготування включено: цех приготування вугілля, транспортер вугілля до бункера шарових млинів, два шарових млина та бункери пилу. Предметом даного проекту є автоматичне керування процесом завантаження шарових барабаних млинів.

На підприємстві використовуються шарові барабанні млини ШБМ 287\410. Функціональна схема шарового млина, з елементами автоматизації, зображено на рис.1.

 

2. АСУ ТП

Структурну схему АСУ ТП зображено на рисунку 2, складовими частинами якого є дві шафи контролерів PLC 1, PLC 2 та дві станції автоматизованих робочих місць оператору АРМ 1, АРМ 2.

 

 

Виходячи з структури АСУ ТП складається з об'єкту автоматизації - Млини, контролерів управління млинами (PLC 1 та PLC 2), а також двох автоматизованих робочих місць (АРМ 1 та АРМ 2).

Кожний з контролерів незалежно керує млинами окремого котлу. Так, контролер PLC 1 керує млинами котлу 7, та PLC 2 - млинами котлу 9.

Дані технологічного процесу концентруються та надаються на АРМах. Кожний з АРМ представляє дані ТП всіх котлів. Один з одним АРМи підключені за схемою резервування, що дозволяє виключати втрату даних на час зупинки одного з АРМ. З метою оптимізації навантаження на контролер реальне опитування контролерів відбувається одним АРМ, при цьому інше АРМ отримує дані у основного АРМ. Основним АРМ є АРМ 1, яке і виконує безпосереднє опитування контролерів. У випадку збою АРМ 1 опитування контролерів бере на себе АРМ 2, і до моменту відновлення функціонування АРМ 1. У процесі відновлення роботи АРМ після збою відбувається синхронізація архівів глибиною до 1 години. Відновлення архівів на більш тривалий час відбувається синхронно з доступом до цих архівів.

2.1. ПЛК

У якості програмованого логічного контролеру у проекті застосовано ПЛК LP-8781 фірми ICP DAS серії LinPAC. Промисловий контролер цього сімейства є першим продуктом, який побудовано на x86 сумісному процесорі; попередні контролери цього сімейства засновані на процесорі архітектури ARM. Крім x86 процесору ці контролери забезпечені значними ресурсами оперативної пам'яті та дискового простору.

Особливістю технологічного процесу даного проекту є наявність специфічних до ресурсів та функціям контролеру вимог при невеликому об'ємі параметрів. Крім того, вирішальним фактором є обмежене фінансування. Всім цим вимогам задовольняють контролери сімейству LP-8x81:

• порівняно невисока вартість;
• висока продуктивність, для ПЛК;
• архітектурна та програмна відкритість ПЛК;
• промислове виконання та розширений температурний діапазон.

ПЛК (рис.3) конструктивно виконано за модульним принципом, де модулі встановлюються у кошик. Кошик суміщено з процесорним модулем та може мати 1, 3 або 7 слотів для модулів розширення. Модулі розширення можуть бути двох типів, а саме модулі на паралельну та послідовну шину. Модулі на паралельну шину (I-8x) є швидкими. Модулі на послідовну шину (I-87x) встановлюються на шину інтерфейсу RS-485 та працюють зі швидкістю 115000 біт/с за протоколом DCON. Крім модулів безпосередньо у кошику контролер може розширюватися додатковими кошиками з модулями на послідовній шині (I-87x) через послідовні інтерфейси процесору.

 

 

Ємкість АСУ ТП для одного котлу складає: 18AI, 2AO, 10DI, 16DO. Відповідно потрібен контролер з кількістю слотів розширення не менш 6. Виходячи з цього вибрано контролер LP-8781 та наступні модулі для підключення зовнішніх сигналів:

Слот	Модуль	Зауваження
1, 2, 3	LP-8781	Кошик на 10 слотів з процесором у слотах 1-3
4	I-87019RW	8-каналів AI загального призначення (входи млина А).
5	I-87019RW	8-каналів AI загального призначення (входи млина Б).
6	I-8017HW	Модуль швидкого АЦП (10 кГц) для двох каналів вібро-сигналу.
7	I-87024W	4-канали AO для керування двома частотними приводами питачів млинів А та Б.
8	I-8042W	16 каналів DI та DO загального призначення; використано тільки вхідні канали.
9	I-87057W	16 каналів DO загального призначення.
10	Вільний

 

Для підключення UPS використано послідовний інтерфейс COM2 контролеру.

З особливостей налаштування контролерів варто відзначити наступні моменти:

• Було зібрано останню версію драйверу UPS nut-2.4.1.
• Для забезпечення стійкої та рівномірної роботи послідовних інтерфейсів у режимі використання пріоритетів реального часу потрібно було встановити пріоритет 20 реального часу для ядерного потоку "events/0". Встановлення пріоритету відбувається у першому запуску процедури опитування UPS середовища виконання контролеру на OpenSCADA, кодом: 

• Встановлено пріоритет 5 реального часу для вхідних транспортів, з метою підвищення рівномірності та реактивності у відповідях на запити з верхнього рівня.

Контролери змонтовано у шафу розміром 2000x800x400, який містить автомати, клемні колодки, реле та UPS окремого котлу.

2.2. АРМ

Автоматизовані робочі місця (АРМ) оператору виконано на основі офісних ПК наступної конфігурації:

Компонент	Найменування
Процесор	AMD Athlon 64 X2 5200+
Системна плата	ASUS M3N78
Оперативна пам'ять	2 x DDR2-800 1024Mb Hynix PC6400 orig.
Жорсткий диск	WesternDigital WD1600AAJS 160Gb SATA300
Оптичний привід	DVD-RW GH20NS10 20х SATA
Корпус сист. блоку.	ASUS TA-863 400W FSP
Клавіатура	Logitech Deluxe 250 Keyboard Black PS/2
Маніпулятор миші	Logitech RX300
Дисплей	19" Samsung SM 923NW 300cd 1000:1 170/160 5ms RGB (LS19HANKSHED)

 

Обидва системні блоки встановлено до тумби столу оператора. На столі оператора встановлено два дисплеї окремих АРМ та маніпулятори миші. Тумба з системними блоками зачинена дверцятами з обидвох боків. На дверцятах встановлено фільтри, а на одній з них вентилятор. Не дивлячись на наявність вентилятору та у зв'язку із великою насиченістю приміщення вугільним пилом спостерігається перегрів системних блоків та збої. Для вирішення цієї проблеми було оптимізовано рух повітря у тумбі, а також знижено частоту процесорів АРМ з 2500 до 1600 МГц.

На АРМи встановлено системне ПЗ ALTLinux 5.1 та SCADA-систему OpenSCADA 0.6.4.2.

Виконано наступні заходи з загально-системної конфігурації:

• Налаштовано синхронізацію часу контролерів PLC 1, PLC 2 та ARM 2 з АРМ 1.
• Створено обліковий запис оператору "operator" з паролем "123456".
• Налаштовано автоматичне завантаження робочого інтерфейсу від ім'я оператору та запуск системи OpenSCADA з проектом АСУ ТП шарових млинів.
• Оточення робочого столу KDE налаштовано для виключення зайвих функцій при роботі з діалоговими вікнами та виключення можливості закриття інтерфейсу оператора маніпулятором миші.

3. Алгоритми

Алгоритми управління млинами є достатньо складними, що пов'язано з наступними факторами:

• Використання непрямих механізмів отримання значення рівня вугілля у млинах.
• Врахування різних способів керування завантаження млинів, від прямого регулювання температури пило-повітряної суміші на виході з млинів, до керування завантаженням за обчисленим рівнем.

За алгоритмами створено програми контролера, які призначено для управління завантаженням шарових млинів. У алгоритмах та програмах використано аналогові та дискретні сигнали, які надходять до входів (на виходи) аналогових та дискретних модулів контролеру, сигнали, які формуються станцією оператору, та проміжні сигнали, сформовані на їх основі.

Програми реалізовано на мовах програмування користувача системи OpenSCADA. Блочні схеми реалізуються у оточенні модуля DAQ.BlockCalc, та реалізація самих блоків і шаблонів параметрів - на мові JavaLikeCalc модуля DAQ.JavaLikeCalc системи OpenSCADA.

3.1. Попередня обробка

Для попередньої обробки аналогових сигналів, після АЦП модуля аналогового вводу контролера, створено шаблон параметрів з функціями:

• визначення недостовірності (обрив, вихід за діапазон дозволених значень);
• поправки на калібрувальні коефіцієнти;
• фільтрації;
• приведення до інженерних (технологічних) одиниць;
• формування бітів порушення регламентних та аварійних границь;
• імітація аналогового входу як вбудованою функцією, так і з зовнішнього входу, який може використовуватися для підключення сигналів моделі.

На основі цього шаблону створено додаткові шаблони:

• шаблон параметру ручного вводу, з додатковою функцією введення значення;
• шаблон параметру універсального ПІД-регулятора з відображенням власних атрибутів аналогового та імпульсного регулятору.

Для групування та обробки дискретних сигналів створено шаблон дискретного параметра, який дозволяє:

• поєднувати до двох дискретних входів та трьох дискретних виходів у конфігурацію типових насосів та засувок.

3.2. Загальні алгоритми

Загальні алгоритми зведено у дві блочні схеми, для кожного млина. Перша блочна схема містить контури аналогових регуляторів та працює з періодом 500мс. Друга блочна схема містить контури імпульсних регуляторів та працює з періодом 100мс.

4. Економічний ефект

У результаті виконаної роботи отримано значний економічний ефект, обчислення та характер якого наведено у таблиці нижче. Ефект обчислено замовником на основі реальних статистичних даних. У період з 21.06.10 до 30.06.10 відбувалася робота у ручному режимі та без САУ. В період з 21.08.10 до 30.08.10 САУ ШБМ працювала у автоматичному режимі.

№ пп	Назва показника	Од. виміру	21.06.10 - 30.06.10	21.08.10 - 30.08.10
1.	Витрати вугілля	тонн	3235	2880
2.	Витрати електроенергії на помел	кВт.год	132780	98066
3.	Питома витрата електроенергії на помел	кВт.год/т вугілля	41.04	34.05
4.	Тонина помелу	%	8.70	7.60
5.	Вміст горючих у виносі	%	31.90	30.60
6.	КПД котлу, бруто	%	83.40	83.76
7.	Зниження витрат електроенергії на помел	кВт.год	-	20131
8.	Економія палива	тонн	-	10.40

 

Акт дослідно-промислових випробувань розробки САУ ШБМ замовника, з описом економічного ефекту, можна завантажити за цим посиланням.

 

---