CC BY
25
Вестник науки и образования Северо-Запада России -http://vestnik-nauki.ru/ -------
--2015, Том. 1, № 4
УДК 621.18-5
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПУСКА
КОТЛОАГРЕГАТА
А.В. Голубев, К.О. Егорова
IMPLEMENTATION OF FUNCTIONAL-GROUP CONTROL SYSTEM FOR THE
BOILER
A.V. Golubev, K.O. Egorova
Аннотация. Реализация сложных автоматизированных систем в современных АСУТП на реальном оборудовании затруднительна и связана с многочисленными испытаниями. Исследуется возможность использования полигонов АСУТП с имитационными моделями технологического оборудования, разработанных на основе тренажера и функционирующих в режиме реального времени, для моделирования процесса автоматизированного пуска. Основным этапом является непосредственно реализация системы автоматизированного пуска, основывающаяся на функции функционально-группового управления. Реализована часть системы автоматизированного пуска котла -пошаговое логическое управление вентиляцией топки и пуском ПЭН. Выявлены ошибки и произведена отладка алгоритма управления в системе тренажерного комплекса. Проведены испытания.
Ключевые слова: тренажерный комплекс; функционально-групповое управление; автоматизированный пуск.
Abstract. Implementation of the trigger system in modern process control systems on technological equipment is difficult and goes along with multiple tests. The article studies possibility to use polygons process control systems with simulation models of technological equipment developed on the basis of the training simulator operating in real time to simulate an automated start-up tool. The main stage is a direct implementation of the automated start-up based on the function of the functional-group control. A part of the system of automated start-up of the boiler is implemented, that is step-by-step logic control system of ventilation of the combustion chamber and start-up nutrient pump. The errors are identified and debugging of the control algorithm in the system of the training complex is carried out. The tests of start-up is carried out.
Key words: training complex; functional-group control; automated start-up.
В пусковых режимах работы энергоблока оператору приходится контролировать большое число параметров и показателей состояния оборудования. Это чрезвычайно затрудняет работу оператора, неизбежно снижает качество эксплуатации и, как следствие, эксплуатационную надежность оборудования [1].
Современный технический и алгоритмический уровень программно-технических комплексов, внедряемых на энергоблоках, позволяет решить практически любые задачи, связанные с автоматизацией технологических процессов, и уменьшить негативное влияние ошибочных или неточных действий оператора на процесс управления.
Однако формализация сложных алгоритмов с большим числом выполняемых операций и их последующее испытание на действующем оборудовании сопровождается большими рисками и многочисленными испытаниями и, как следствие, существенно затрудняет внедрение сложных интеллектуальных задач автоматизированного управления.
В связи с этим актуальной проблемой является необходимость разработки и внедрения логики шаговых программ, реализованных в автоматизированных системах
http://vestnik-nauki.ru/
Вестник науки и образования Северо-Запада России
2015, Том. 1, № 4
управления технологическим процессом (АСУТП), в которой наиболее значимую часть занимают вопросы автоматизации переходных (нестационарных) режимов и, в первую очередь, пусковых.
Использование полигонов АСУТП с имитационными моделями технологического оборудования, разработанных на основе тренажера и функционирующих в режиме реального времени, является одним из наиболее технологичных решений таких сложных и наукоемких задач, как автоматизация пусковых и аварийных режимов работы энергоблоков [2].
На практике сложные функции АСУТП основаны на таких типовых функциях, как дистанционное управление, автоматическое регулирование и технологические защиты. Таким образом, на первом этапе для реализации данных функций полигон АСУТП должен быть максимально приближен к реальному блоку как по модели АСУТП, так и по составу реализованных функций.
Каждая функция является аналогом функций программно-технического комплекса контроллерного уровня и информационно-вычислительного комплекса, то есть модель АСУТП приближена к ее реализации на реальном энергоблоке.
Поставленная задача реализации сложных функций рассматривается на примере тренажерного комплекса энергоблока 250 МВт ТЭЦ-25 ОАО «Мосэнерго». Базой тренажера является программное обеспечение ЗАО «Тренажеры для электростанций». В составе тренажера уже функционирует математическая модель основного технологического оборудования. Дополнительно разработана модель АСУТП, включающая три подсистемы: подсистему отображения информации, управляющую подсистему и подсистему инструктора.
Модель базируется на уравнениях баланса с коэффициентами, полученными на основе конструктивных данных, и имитирует работу основного технологического оборудования энергоблока мощностью 250 МВт ТЭЦ-25 (ОАО «Мосэнерго»).
Основной задачей является непосредственно реализация системы автоматизированного пуска, основывающаяся на функции функционально-группового управления (ФГУ). Функционально-групповое управление осуществляет координированное пошаговое логическое управление отдельными технологическими группами оборудования и агрегатами. Логические программы разрабатываются на основе инструкций по эксплуатации технологического оборудования, охватывают определенную группу исполнительных устройств и пусковых регуляторов, а также реализуют пошаговое логическое управление.
Функционально-групповое управление является средством задания режима работы технологического оборудования посредством единого органа управления - визуального блока управления. Обобщенное задание оператора развертывается в последовательность дискретных команд управления, которые переводят оборудование в заданный режим.
Система ФГУ строится по иерархическому принципу и включает: верхний уровень -координирующее устройство; уровень управления отдельными функциональными группами/подгруппами; нижний уровень управления исполнительными устройствами, автоматическими регуляторами и программаторами.
Автоматизация дискретного или логического управления предусматривает автоматизированное воздействие в заданной технологической последовательности на объекты управления с дискретным изменением состояния (открытие/закрытие запорной арматуры, включение/отключение механизмов и регуляторов и т. д.).
Реализация функционально-группового управления представлена на примере вентиляции топки котла на основании данной иерархии, модели объекта и АСУТП, инструкций по эксплуатации.
Иерархическая структура алгоритмов шаговых программ представлена на рис. 1.
http://vestnik-nauki.ru/
Вестник науки и образования Северо-Запада России
2015, Том. 1, № 4
Датчики Исполнительные Датчики Исполнительные Датчики ................с Датчики Исполнительные
механизмы механизмы жмшнни,: механизмы
Рисунок 1 - Иерархическая структура алгоритмов шаговых программ
Пример блок-схемы реализации пошагового логического управления вентиляцией топки котла в укрупненном виде изображен на рис. 2.
Рисунок 2 - Укрупненная блок-схема пошагового управления вентиляцией топки котла: 1 -открыты клапаны горячего воздуха к горелкам, 2 - проверка работы ДС-А, 3 - проверка работы ДВ-А, 4 - ФГУ пуска ДС-А в работе, 5 - открытие НАДВ-А, 6 - ФГУ пуска ДВ-А в работе, 7 - проверка работы ДС-Б, 8 - проверка работы ДВ-Б, 9 - ФГУ пуска ДС-Б в работе, 10 - открытие НАДВ-Б, 11 - ФГУ пуска ДВ-Б в работе, 12 - задание разрежения (-6 кгс/м2), 13 - проверка работы ДРГ-А, 14 - открытие НАДРГ-А, 15 - ФГУ пуска ДРГ-А в работе; 16 -проверка работы ДРГ-Б, 17 - открытие НАДРГ-Б, 18 - ФГУ пуска ДРГ-Б в работе, 19 - сигнал начала вентиляции топки, 20 - контроль условий вентиляции, 21 - задание разрежения (-4 кгс/м2), 22 - сигнал о нарушении вентиляции, 23 - конец программы
Технологию реализации шаговой программы можно представить в виде алгоритмической схемы (рис. 4). В модели тренажера есть алгоритм, который отвечает за работу ФГУ и обеспечивает взаимодействие шагов программы между собой. Каждый шаг содержит свой алгоритм выполнения, подмодель и исполнительную часть с системой блокировок. В подмодели реализуются условия выполнения шага, которые передаются в алгоритм шага. Модель шага связна с моделью исполнительной части, где формируются команды на управление исполнительными механизмами. Система блокировок связывает команду с блоком исполнительного механизма в тренажере.
http://vestnik-nauki.ru/
Вестник науки и образования Северо-Запада России
2015, Том. 1, № 4
Шаговая программа вентиляции топки котла
Старт _
программы
Лл1 оритм управления ФГУ
ч
V Молель
„ , ИСЛО-ПНИТШЬШН
Подмолелынага Алгоритм шага части шага
33
Конец программы
Рисунок 3 - Алгоритмическая схема реализации шаговой программы вентиляции топки
На рис. 4 отражена последовательность шагов программы вентиляции топки на примере управления задвижками газо-воздушного тракта, направляющими аппаратами ДС, ДВ и ДРГ, регулятором разрежения.
- НДДС-А
Задание разрежения
екущее разрежение
К
ДОС 500 600 700 800 900
900 1000
Рисунок 4 - График работы шаговой программы вентиляции топки
На рис. 4 с точки зрения процесса управления в шаговой программе вентиляции топки на 1-6, 14, 15 шагах выполняется управление по жестко заданной дискретной программе.
На этапах 12 и 21 работает система управления разрежением в топке по принципу работы замкнутой системы автоматического регулирования с программным задатчиком.
В результате испытаний алгоритма на тренажере выявлялись ошибки, каждая ошибка приводила к прерыванию программы пуска и останову оборудования. Поэтому в процессе отладки алгоритма проведено несколько экспериментальных пусков и испытаний алгоритма.
На настоящее время кроме шаговой программы вентиляции топки реализованы также программы пуска дымососа, дутьевого вентилятора, дымососа рециркуляции газа.
В дальнейшем планируется реализовать оставшиеся шаговые программы, относящиеся к котлу и разработать алгоритм общей шаговой программы автоматизированного пуска, которая будет управлять всеми подсистемами котлоагрегата в процессе пуска.
Вестник науки и образования Северо-Запада России
http://vestnik-nauki.ru/ -------
""^ --2015, Том. 1, № 4
Таким образом, при автоматизации пусковых режимов наиболее сложными этапами являются формализация и алгоритмическая реализация программ ФГУ. Включение разработанного подхода к реализации сложных функций АСУТП в последовательность работ в общей технологии создания АСУТП [3] с использованием полигонов с имитационными моделями на основе тренажера позволит частично избежать минимизировать риски возникновения аварийных ситуаций на реальном оборудовании в процессе отладки алгоритмов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Голубев А. В. Особенности отладки и испытаний алгоритмов автоматического управления нестационарными режимами работы энергоблоков // Вестник ИГЭУ, 2010. № 4. С. 69-71.
2. Тверской Ю.С., Таламанов С. А. Опыт создания и перспективы развития полигонов полномасштабных АСУТП энергоблоков тепловых электростанций // Вестник ИГЭУ, 2002. № 1. С. 101-107.
3. Теория и технология систем управления. Многофункциональные АСУТП тепловых электростанций. В 3-х кн. Кн. 3. Моделирование / Под общей ред. д-ра техн. наук, проф. Ю.С. Тверского; ИГЭУ. - Иваново, 2013. - 208 с.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Голубев Антон Владимирович ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет», г. Иваново, Россия, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой систем управления,
E-mail: kafsu@su.ispu.ru.
Golubev Anton Vladimirovich FSEI HPE «Ivanovo State Power University», Ivanovo, Russia, Chairman of The Control System Department, Candidate of Technical Science, assistant professor, E-mail: kafsu@su.ispu.ru
Егорова Ксения Олеговна ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет», г. Иваново, Россия, магистрант кафедры систем управления, E-mail: kse290792@gmail.com.
Egorova Ksenia Olegovna FSEI HPE «Ivanovo State Power University», Ivanovo, Russia, Undergrauate of The Control System Department,
E-mail: kse290792@gmail.com.
Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 153003, Иваново, ул. Рабфаковская, 34, ИГЭУ, каб. А-216. Голубев А.В.
8(4932)26-97-57
