СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ МОДУЛЬНОЙ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИЕЙ
SYSTEM FOR AUTOMATED CONTROL OF MODULAR COMPRESSOR STATION

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическим оборудованием компрессорных станций и может использоваться, в частности, на железнодорожном транспорте.
Известна комплексная система управления компрессорной станцией, описанная в п. РФ №98725 по кл. B61L 17/00, з. 28.04.2010, опубл. 27.10.2010 г.
Известная комплексная система автоматизации управления компрессорной станцией включает компрессорную установку, состоящую из силовой установки, связанной с устройством плавного пуска и с компрессорным агрегатом, и панели управления, связанной с компрессорным агрегатом и устройством плавного пуска, контроллер сбора информации и управления, связанный с исполнительной и измерительной аппаратурой, с компрессорной установкой, с сервером баз данных, с информационным каналом внешнего мониторинга, связанным с сервером баз данных и с автоматизированным рабочим местом машиниста компрессорной станции, связанным с сервером баз данных, и отличается тем, что содержит модуль связи с автоматизированной системой управления сортировочным процессом, который связан с контроллером сбора информации и управления и предназначен для обеспечения оптимальной загрузки компрессорных агрегатов в зависимости от текущей технологической ситуации на сортировочной горке.
Поскольку известная система предназначена для учета технологической ситуации на сортировочной горке, то она требует большего количества компьютерного оборудования и является конструктивно весьма сложной.
Известна комплексная система управления компрессорной станцией, описанная в п. РФ №59511 по кл. B61L 17/00, В61Н 11/00, з. 26.04.06, опубл. 27.12.06 и выбранная в качестве прототипа.
Согласно формуле, известная комплексная система автоматизации управления компрессорной станцией включает компрессорные установки, оборудованные датчиками давления и температуры, контроллер сбора информации, автоматизированное рабочее место машиниста компрессорной станции и отличается тем, что в состав системы входят сервер баз данных, выполненный с возможностью внешнего мониторинга, расходомеры сжатого воздуха, произведенного компрессорной станцией, средства ввода сигналов датчиков уровня охлаждающей жидкости в резервуарах, средства управления двигателями насосов, вентиляторов, клапанами долива воды, клапанами слива конденсата и двигателями вентиляции, а компрессорные установки оборудованы устройствами плавного пуска силовых установок, обеспечивающими работу компрессорных агрегатов и панелями контроля и управления, связанными информационным каналом с контроллером сбора информации.
Конструктивно известная комплексная система автоматизации управления компрессорной станцией (КСАУКС) содержит контроллер 1 сбора информации и управления, связанный с датчиком 2 давления воздуха в магистрали, расходомером 3 сжатого воздуха, компрессорной установкой 4 (их может быть несколько, в соответствии с количеством на компрессорной станции), оборудованную датчиками давления и температуры, которая включает панель 5 контроля и управления, устройство 5′ плавного пуска, силовую установку 6, компрессорный агрегат 7 и панель 8 контроля и управления, связанную информационным каналом 9 с контроллером 1. Контроллер 1 также1 связан со средствами ввода сигналов датчиков уровня охлаждающей жидкости в резервуарах 10 и со средствами управления двигателями насосов, вентиляторов, клапанами долива воды, клапанами слива конденсата, двигателями 11 вентиляции, образующими систему поддержания температурного режима, а также с сервером 12 баз данных, автоматизированным рабочим местом 13 машиниста компрессорной станции и информационным каналом 14 внешнего мониторинга.
Недостатком известной системы управления является то, что каждая из компрессорных установок, входящих в компрессорную станцию, имеет свою панель контроля и управления, что усложняет систему в целом и снижает ее надежность. Кроме того, так как конструктивное решение не позволяет контролировать такие параметры исправности оборудования как вибрация компрессорных установок, температура подшипников электродвигателей и масла в компрессорной установке, ее внутреннее давление, угол поворота впускных и выпускных заслонок, температуру точки росы сжатого воздуха, то это все также резко снижает надежность системы управления. Задачей является повышение надежности системы управления.
Поставленная задача решается тем, что в системе автоматизированного управления модульной компрессорной станцией, содержащей контроллер сбора информации и управления, связанный с местной панелью контроля и управления и соединенный с датчиком давления воздуха в магистрали и с компрессорными установками, каждая из которых включает в себя датчики температуры и давления, устройство плавного пуска, силовую установку, компрессорный агрегат и датчики контроля его состояния, при этом контроллер также связан с системой поддержания температурного режима, удаленным автоматизированным рабочим местом оператора компрессорной станции и с внешней сетью, согласно изобретению, контроллер служит единым средством контроля и управления для всех компрессорных установок компрессорной станции, которая снабжена осушителем сжатого воздуха, содержащим датчик температуры точки росы, система поддержания температурного режима включает в себя датчик температуры в модуле, датчик уличной температуры, электрические обогреватели воздуха и воздушные заслонки, снабженные датчиком угла их поворота, компрессорный агрегат каждой компрессорной установки снабжен датчиком вибрации, датчиками температуры масла и температуры переднего подшипника электродвигателя, внутренним датчиком давления, связанными выходами с контроллером и образующими в совокупности с датчиком угла поворота воздушных заслонок блок предотказной диагностики компрессорной установки, другие входы контроллера связаны с датчиком уличной температуры, датчиком температуры в установке, датчиком температуры сжатого воздуха и выходом системы пожарно-охранной сигнализации, а его выходы соединены с электрическими обогревателями и воздушными заслонками для регулирования нагрева и вентиляции, при этом контроллер связан с осушителем, через интерфейс связан с коммутатором внешней сети, сообщенным с местной панелью управления и через интерфейс с электросчетчиком, а автоматизированное рабочее место оператора связано через коммутатор внешней сети с видеокамерой.
Использование единого контроллера для управления всеми компрессорными установками компрессорной станции упрощает систему и повышает надежность ее работы. Введение в станцию осушителя сжатого воздуха, снабженного датчиком температуры точки росы, и датчика уличной температуры дает возможность исключить образование конденсата и инея в магистрали, что в совокупности с наличием системы предотказной диагностики в каждой компрессорной установке компрессорной станции, обеспечивающей контроль рабочих параметров компрессорного агрегата и положения воздушных заслонок, обеспечивает надежность функционирования всей системы, подкрепляемую и связью контроллера с системой пожарно-охранной сигнализации. Наличие системы видеонаблюдения дает возможность постоянного визуального мониторинга и архивирования видеозаписи работы компрессорной станции при помощи удаленного автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, что повышает надежность работы оборудования. Кроме того, путем дополнительного непрерывного визуального контроля исключается проникновение посторонних лиц в станцию, возможность случайных повреждений, обеспечивается надежность работы, а наличие электросчетчика позволяет просматривать текущее напряжение в электросети и энергопотребление станции, также повышая надежность работы.
Технический результат - повышение надежности системы автоматизированного управления модульной компрессорной станцией.
Заявляемая система обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как использование контроллера в качестве единого средства контроля и управления для всех компрессорных установок компрессорной станции, снабжение компрессорной станции осушителем сжатого воздуха, содержащим датчик температуры точки росы, выполнение системы поддержания температурного режима в виде датчика температуры в модуле, датчика уличной температуры, электрических обогревателей воздуха, воздушных заслонок, снабженных датчиком угла их поворота, введение в компрессорный агрегат каждой компрессорной установки датчика вибрации, датчиков температуры масла и температуры переднего подшипника электродвигателя, внутреннего датчика давления, связанных выходами с контроллером и образующих в совокупности с датчиком угла поворота воздушных заслонок блок предотказной диагностики компрессорной установки, связь контроллера с датчиком уличной температуры, датчиком температуры в установке, датчиком температуры сжатого воздуха, с осушителем и выходом системы пожарно-охранной сигнализации, соединение его выходов с электрическими обогревателями и воздушными заслонками для регулирования нагрева и вентиляции, связь контроллера через интерфейс с коммутатором внешней сети, сообщенным с местной панелью управления и через интерфейс с электросчетчиком, связь удаленного автоматизированного рабочего места оператора через коммутатор внешней сети с видеокамерой, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемая система автоматизированного управления компрессорной станцией соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение может использоваться, в частности, на железнодорожном транспорте для управления технологическим оборудованием и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежом, где показана функциональная схема системы автоматизированного управления компрессорной станцией.
Система автоматизированного управления модульной компрессорной станцией содержит программируемый логический контроллер (ПЛК) 1 сбора информации и управления, связанный с датчиком 2 давления воздуха в магистрали и с компрессорной установкой 3, снабженной силовой установкой 4 и устройством 5 плавного пуска. Компрессорная станция снабжена осушителем 6 сжатого воздуха, электрическими обогревателями 7 для создания тепловых завес и воздушными заслонками 8, снабженными датчиками 9 угла поворота. Компрессорная станция также включает в себя соединенные с контроллером 1 датчик 10 температуры в установке и датчик 11 давления сжатого воздуха, а также компрессорный агрегат 12, снабженный датчиками контроля его состояния: датчиком 13 вибрации, датчиком 14 температуры масла, датчиком 15 температуры подшипника, внутренним датчиком 16 давления, образующими совместно с датчиками 9 угла поворота воздушных заслонок блок предотказной диагностики. При этом осушитель 6 связан с контроллером 1, а входы электрических обогревателей 7 и воздушных заслонок 8 - с двумя выходами контроллера 1 соответственно для регулирования нагрева и вентиляции. Контроллер 1 также связан через интерфейс 18 и коммутатор 19 внешней сети с автоматизированным рабочим местом (АРМ) 17 оператора компрессорной станции, которое через коммутатор 19 также сообщено с видеокамерой 20. Другие входы контроллера 1 связаны с датчиком 21 уличной температуры, с выходом системы 22 пожарно-охранной сигнализации, а через коммутатор 19 внешней сети контроллер 1 также сообщен с местной панелью 23 управления и через интерфейс 24 с электросчетчиком 25. При этом система 22 пожарной сигнализации выходом связана с системой 26 пожаротушения. Компрессорная станция снабжена также системой 27 слива конденсата. Осушитель 6 снабжен датчиком 28 температуры точки росы. Компрессорных установок 3 может быть в компрессорной станции несколько.
Система автоматизированного управления модульной компрессорной станцией работает следующим образом.
Система работает круглосуточно. Существует 3 режима управления компрессорной станцией: ручной, автоматический, удаленный. Ручной режим позволяет управлять всеми технологическими параметрами работы станции при помощи местной панели 23 управления; данный режим не является автоматическим и предназначен в основном для отладки и тестирования аппаратуры. Автоматический режим работы станции обеспечивает автономную, автоматическую работу станции по заданным уставкам, при этом запуск, остановка и изменение параметров работы станции осуществляется с местной панели 23 управления. Дистанционный режим работы обеспечивает работу станции или группы из нескольких станций в автоматическом режиме, при этом управление работой станций осуществляется с удаленного АРМ 17. В автоматических режимах регулирование работой станции осуществляется по показаниям датчика 2 давления воздуха в магистрали.
Система поддержания температуры в помещении станции включает в себя датчик 10 температуры воздуха в модульной компрессорной установке, датчик 21 уличной температуры, электрические обогреватели 7 и воздушные заслонки 8 с датчиками 9 угла их поворота и поддерживает заданную через местную панель 23 управления температуру, опираясь на показания датчика 10 температуры в модуле при помощи электрических обогревателей 7, при отключенных компрессорных установках и при помощи системы рекуперации тепловой энергии работающих компрессорных установок, основанной на перераспределении тепловых потоков внутри помещения станции (на чертеже не показана) при помощи впускных и выпускных воздушных заслонок 8 с электрическими приводами (на чертеже не показаны).
Осушение сжатого воздуха осуществляется при помощи адсорбционного осушителя 6. Управление работой осушителя 6 осуществляется на основе показаний датчика 21 уличной температуры (температуры окружающего воздуха за пределами компрессорной станции) и датчика 28 температуры точки росы сжатого воздуха. На контроллер 1 поступает сигнал с осушителя 6 о текущей точке росы, а с контроллера 1 передаются в осушитель 6 управляющие сигналы. Система управления автоматически в реальном времени изменяет циклы переключения колонн осушителя 21, тем самым добиваясь стабильной температуры точки росы сжатого воздуха ниже уличной температуры на заранее установленную величину, что гарантирует отсутствие конденсата и инея в магистрали (пневмосети потребителя) при минимальных затратах сжатого воздуха на регенерацию колонн осушителя 21.
Система предотказной диагностики постоянно контролирует с помощью датчика 13 вибрацию компрессорной установки, температуру переднего подшипника главного электродвигателя с помощью датчика 15, температуру масла с помощью датчика 14 внутреннее давление с помощью датчика 16, давление на выходе компрессорной установки с помощью датчика 2, температуру в помещении станции с помощью датчика 10, величину рассогласования управляющего сигнала и реального положения воздушных заслонок вентиляции с помощью датчиков 9 угла их поворота, и при достижении предотказных порогов система выдает сигналы оператору о возможных неисправностях оборудования. Если при запуске станции какой-либо из параметров превышает предаварийное значение, то система автоматизированного управления компрессорной станцией не запустит станцию.
Местная панель 23 управления компрессорной станции состоит из управляющих кнопок, переключателя режимов, световых индикаторов и сенсорной панели (на чертеже не показаны) и служит для выбора с помощью переключателя и активации режимов работы компрессорной станции, архивирования данных ее работы, отображения режимов работы станции и визуализации текущих рабочих параметров с помощью сенсорной жидкокристаллической (ЖК) панели и световых индикаторов, ввода рабочих уставок с помощью сенсорной ЖК панели.
Система слива 27 конденсата оборудована одним или несколькими автоматическими устройствами слива конденсата, которые управляются либо по таймеру, либо по датчикам уровня конденсата (на чертеже не показаны).
Система 22 пожарно-охранной сигнализации связана с входом контроллера 1, а ее выход соединен с системой 26 пожаротушения. При срабатывании данных систем компрессорная станция переходит в режим аварийного останова с передачей звукового и светового сигналов на местной панели 23 управления, а так же на удаленный АРМ 17 оператора.
Видеокамера 20, сообщенная через коммутатор 19 внешней связи с АРМ 17, позволяет просматривать в реальном времени, а так же архивировать видеозаписи, производимые в помещении компрессорной станции, на удаленном АРМ 17 оператора.
Данные с электросчетчика 25 передаются через интерфейс 24 и коммутатор 19 внешней сети на удаленный АРМ 17 оператора, позволяя просматривать текущее напряжение в электросети и энергопотребление станции.
Удаленный АРМ 17 оператора позволяет удаленно управлять работой станций как по отдельности, так и в группе. АРМ 17 соединен по проводному или радиоканалу с одной или несколькими компрессорными станциями, передает управляющие команды как в ручном, так и в автоматическом режиме по заданному алгоритму, а так же принимает сигналы с текущими параметрами работы от компрессорных станций. АРМ 17 построен на базе ПЛК 1 и персонального компьютера (на чертеже не показан). Вся информация о работе компрессорных станций и с камер видеонаблюдения выводится на дисплеи АРМ. В сравнении с прототипом заявляемая система является более надежной в работе.