Разработка подсистемы автоматизации водогрейного котла на базе контроллеров Simatic-1200

Разработка подсистемы автоматизации водогрейного котла на базе контроллеров SIMATIC-1200

1 2 3

Серикбосын Е. А. , Байбатырова А. C. , Абенова Ф. А.

1Серикбосын Ерсин Амангелдиулы / Serikbosyn Ersin Amangeldy - магистрант, специальность: приборостроение, направление: информационно-измерительная техника в неразрушающем контроле, институт неразрушающего контроля, Томский политехнический университет, г. Томск; 2Байбатырова Айгерим Саматбеккызы /Baibatyrova Aigerim Samatbekkyzy - магистрант; 3Абенова Фатима Аманбеккызы / Abenova Fatima Amanbekkyzy - магистрант, специальность: приборостроение, кафедра робототехники и технических средств автоматики, Казахский национальный технологический исследовательский университет им. К. И. Сатпаева, г. Алматы, Республика Казахстан

Аннотация: данная статья рассматривает разработку системы автоматического управления технологическим процессом водогрейного котла КВГМ-11,63-150. Произведены основные решения по автоматизации и выбору базового программируемого логического контроллера, разработана программа управления на языке STEP 7 на базе контроллера Simatic-1200.

Автоматизация водогрейного котла обеспечит регулировку температуры воды, давления воды, расход энергоносителей. Отклонение этих величин может привести к взрыву котла.

Удачное решение автоматизации котла приведет к улучшению условий труда и безопасности работ, обеспечит контроль котла и тем самым приведет к улучшению производительности труда.

Abstract: this article considers the development of automatic control system of technological process of the boiler KVGM-11, 63-150. Key solutions on automation and selection of a basic programmable logic controller are offered, a control program was designed in language STEP 7 based on Simatic-1200 controller.

Automation of the boiler will provide adjustment of water temperature, water pressure, and consumption of energy. The deviation of these values may cause boiler explosion. A good solution to the automation of the boiler will lead to the improvement of working conditions and safety, will provide control over the boiler and thereby improve productivity.

Ключевые слова: автоматизация, теплоэнергетика,водогрейный котел. Keywords: automation, power system, boiler.

Модернизация в области теплоиспользующего оборудования, используемого в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей, приобретает все более актуальный характер и решает следующие проблемы:

1. Моральное и физическое старение значительной части оборудования.

2. Возможные явления потенциально опасных взрывов для рабочих при минимальных отклонениях.

3. Ремонт устаревших приборов затруднителен из-за отсутствия запасных частей, а замена на аналогичные морально устаревшие не спасает от трудности регулирования и оценки рабочего состояния.

4. Прямые и косвенные потери (замена дорогостоящих узлов, частный ремонт) при оценке себестоимости выпускаемой продукций и снижение рентабельности всего предприятия.

Решением указанных проблем является разработка системы автоматизаций на основе использования ПЛК, позволяющим оптимизировать работу старого

оборудоания в режиме оперативного управления и обеспечить более эффективное и безопасное функционирование основного технологического оборудования.

Модернизации объекта - системы автоматического управления (АСУ) водогрейного котла КВГМ-11,63-150 в связи с моральным и физическим износом основных элементов: датчиков, органов управления и контроллеров оборудования, которые не обеспечивают требуемой надежности, оперативности и точности. До модернизации использовалась система на базе шестнадцатиразрядных контроллеров серии "DirectLogic" (Япония, 1986 г.).

Водогрейный котел КВГМ-11,63-150 предназначен для получения горячей воды температурой 150°С в отдельно стоящих котельных, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения и на ТЭЦ в качестве пиково -резервных источников тепла [1].

Котел используется для работы как в основном режиме, так и в пиковом.

Таблица 1. Технические характеристики водогрейногокотла КВГМ-11,63-150 [2]

Технические характеристики КВГМ-11,63-150

Теплопройзводительность номинальная , МВт 116,3

Вид топлива Газ, мазут

Давление воды на входе в котел, не более, МПа 1,6

Давление воды на выходе из котла , не менее , МПа 1,0

Температура воды на выходе, °С, (основной режим /пиковый режим) 70/110

Температура воды на выходе,°С 150

Гидравлическое сопротивление, МПа 0,35

Расход воды, т/ч, (основной режим /пиковый режим) 1235-2460

Расход топлива, м/ч-газ/кг/ч-мазут 12520/11500

Средний срок службы до списания, лет, не менее (при средней продолжительности работы котла в год с номинальной теплопройзводительностью-3000 ч.) 20лет

КПД котла,% не менее , газ/мазут 93,2/91,5

Рис. 1. Структурная схема котельной

Система автоматического управления котельной построена по принципу распределенной системы. В ней имеется большое число каналов контроля, регулирования и управления, сигнализации и измерений. Была осуществлена замена прежней системы на систему на базе контроллеров Simatic S7-1200 фирмы Siemens. Достоинства этого типа контроллера в его цене, качестве, свободной топологии, функциональности, разновидности и большой распространённости в странах СНГ [3].

Центральным процессором контроллера является CPU 1215C. Наличие встроенных входов и выходов для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов позволяет использовать CPU 1215C в качестве автономного блока управления. В его операционную систему входят такие функции, как:

• - скоростного счета;

• - измерения частоты;

• - измерения периода следования сигналов;

• - ПИД-регулирования.

Подсистемы в распределенной системе функционально связаны, и их работа подчинена общей цели. Процессоры имеют помимо аппаратной связи программный обмен, который осуществляется при помощи каналов связи.

Для котла КВ-ГМ-11,63-150 предусмотрено автоматическое регулирование разряжения в топке и автоматическое регулирование подачи топлива к горелкам в зависимости от температуры воды после котлов, температуры наружного воздуха, концентрации несгоревших углеводородов в отходящих газах.

На экране будет отражаться информация о топливе, на котором работает котел (газ или мазут), показаны открытые и закрытые задвижки. Также были получены выходные характеристики системы. Их анализ показал устойчивую работу системы котельной.

Данное исследование показывает возможности моделирования процессов работы современных котельных установок. Показаны возможности визуализации процессов в программной среде SimaticSTEP7.

Подобные разработки позволят создать надежные, точные и высоко оперативные автоматизированные системы управления в такой важной отрасли как теплоэнергетика.

Литература

1. Баранов П. А. Эксплуатация и ремонт паровых и водогрейных котлов. М.: Энергоатомиздат, 1998. 264 с.

2. SIMATIC Компоненты для комплексной автоматизации: Каталог. А.: SIEMENS, 2011. 172 с.

3. Мухин В. С., Саков И. А. Приборы контроля и средства автоматики тепловых процессов. М.: Энергия, 2002. 148 с.

4. [Электронный ресурс]. URL: http://www.biyskiykotelnyuzavod.ru/catalog/kotel_kvgm/.