Доклад на тему «Автоматизация парового котла де-25-14гм на базе контроллера овен плк 110-60»
Н.А. Попов, д-р техн. наук, профессор (НГАСУ (СИБСТРИН), г. Новосибирск)
Современная котельная представляет собой сооружение, в котором с использованием передовых идей в области теплотехники и автоматики осуществляется нагрев теплоносителя для систем тепло и пароснабжения.
В настоящее время широко применяются в промышленности и сфере ЖКХ паровые и водогрейные котлы Бийского котельного завода (БиКЗ). Паровые котлы серииЕ (КЕ) и Е (ДЕ) производительностью от 1,0 - 25,0, т/ч. Водогрейные котлы серии КВ-ГМ производительностью до 35 Мвт(30 Гкал/ч) и водогрейные котлы КВ-ТС производительностью до 23 Мвт (20 Гкал/ч).
Для обеспечения эффективной и безопасной работы таких котельных применяют автоматизированные системы регулирования и управления, а также современные информационные технологии.
В настоящее время в России и за рубежом разрабатываются и предлагаются решения, обеспечивающие эффективное автоматическое управление технологическим оборудованием на основе применения программируемых контроллеров. Например, ЗАО «МЗТА Инжиниринг» предлагает программно-технические комплексы (ПТК Контар) на базе контроллеров МС8.3, ЗАО «Теплоком» – схемы автоматизации на базе контроллеров СПЕКОН СК, Компания ОВЕН – на базе контроллеров ОВЕН ПЛК 110-60 и др.
Промышленные контроллеры СПЕКОН СК (ЗАО «Теплоком»)
Рис. 1. Внешний вид контроллера СПЕКОН СК
СК2-32 (А/Б) – СК2-35 (А/Б) – контроллеры для управления паровыми и/или водогрейными котлами с импортными горелками, работающими на газе и/или жидком топливе.
СК2-50(А/Б) – контроллер для автоматизированного управления котлом (типа ДКВР) с двумя горелками.
СК2-53(А/Б) – контроллер для автоматизированного управления котлом (типа ДКВР) с тремя горелками.
СК2-80(А/Б) – контроллер для автоматизированного управления котлами, котельными, ЦТП, ТП, другими технологическими объектами с отображением объекта, значений измеряемых параметров и т.д. на лицевой сенсорной панели в реальном времени.
СК3-01 (А/Б) – контроллеры для автоматизированного управления общекотельным оборудованием с водогрейными или паровыми котлами, работающими на газе и/или жидком топливе, автоматизация которых выполнена на базе контроллеров СПЕКОН СК2.
СК3-13 (А/Б) – контроллеры для автоматизированного управления оборудованием котельной и котлами, автоматизация которых выполнена не на базе контроллеров СПЕКОН СК2.
Технические характеристики: Базовый вариант СПЕКОН СК обеспечивает подключение 32 двухпозиционных входных сигналов; 16 унифицированных токовых сигналов (0-5, 0-20, 4-20 мА) или 8 термопреобразователей типа ТСМ, ТСП, ТСН; 24 двухпозиционных выходных сигналов. Входные и выходные цепи СПЕКОН СК имеют гальваническую развязку. Для связи с внешними устройствами (принтер, модем, контроллер, радиомодем, радиомаяк и т.п.) предусмотрены интерфейсы RS232, RS485, Centronics. Питание контроллера осуществляется от сети переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В.
Цена контроллера СПЕКОН СК3-13 для 4-х котлов 43660 руб.
Контроллер программируемый логический ОВЕН ПЛК110-220.60
Контроллер ПЛК110 предназначен для создания систем автоматизированного управления технологическим оборудованием в энергетике, на транспорте, в т.ч. железнодорожном, в различных областях промышленности, жилищно-коммунального и сельского хозяйства.
Рис. 2. Внешний вид контроллера ПЛК110-60
Вычислительные ресурсы: В контроллере изначально заложены мощные вычислительные ресурсы при отсутствии
операционной системы:
Высокопроизводительный процессор RISC архитектуры ARM9, с частотой 200МГц компании Atmel.
Большой объем оперативной памяти - 8МБ.
Большой объем постоянной памяти - Flash память, 4МБ.
Объем энергонезависимой памяти, для хранения значений переменных - до 16КБ.
Время цикла по умолчанию составляет 1мс при 50 логических операциях, при отсутствии сетевого обмена.
Дополнительно: Широкие возможности самодиагностики контроллера. Встроенный аккумулятор, позвляющий «пережидать» пропадание питания - выполнять программу при пропадании питания, и переводить выходные элементы в «безопасное состояние». Время «пережидания» настраивается пользователем при создании проекта. Встроенные часы реального времени. Возможность создавать и сохранять архивы на Flash контроллера. Электрические параметры: Два варианта питания для каждого контроллера:
Переменный ток: (90-265)В, (47...63)Гц.
Постоянный ток: (18-29)В.
Небольшая потребляемая мощность до 10Вт.
Все дискретные входы контроллера измеряют сигнал 24В. Тип сигнала может быть как n-p-n, так и p-n-p. Количество «быстрых» дискретных входов зависит от модификации контроллера. Дискретные выходы бывают двух типов: Р - реле, или К - транзистор (для ПЛК160 только реле). Количество быстрых дискретных выходов зависит от модификации контроллера. «Быстрые» аналоговые входы (только у ПЛК160), для подключения унифицированных датчиков тока, напряжения. Дискретные выходы контроллеров данной линейки могут быть настроены на выдачу ШИМ, или генератора с высокой точностью.
Условия эксплуатации: Контроллеры данной линейки эксплуатируется при следующих условиях:
Расширенный температурный рабочий диапазон окружающего воздуха: от минус 10 °С до +50 °С.
закрытые взрывобезопасные помещения или шкафы электрооборудования без агрессивных паров и газов.
верхний предел относительной влажности воздуха - 80 % при 25 °С и более низких температурах без конденсации влаги.
атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа.
По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации ПЛК110, ПЛК160 соответствует группе исполнения В4 по ГОСТ 12997-84.
По устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации ПЛК110, ПЛК160 соответствует группе исполнения N2 по ГОСТ 12997.
По устойчивости к воспламенению и распространению пламени FV1 корпус контроллера соответствует ГОСТ Р 51841, разделу 6.
Интерфейсы и протоколы: Все контроллеры данной линейки имеют большое количество интерфейсов на борту, работающих независимо друг от друга:
Ethernet.
До трех последовательных портов.
USB Device для программирования контроллера.
Программирование: Программирование контроллеров осуществляется в профессиональной, распространенной среде CoDeSys v.2.3.x, максимально соответствующей стандарту МЭК 61131:
Поддержка 5 языков программирования, для специалистов любой отрасли.
Мощное средство разработки и отладки комплексных проектов автоматизации на базе контроллеров.
Функции документирования проектов.
Количество логических операций ограничивается только количеством свободной памяти контроллера.
Практически неограниченное количество используемых в проекте счетчиков, триггеров, генераторов.
Программируются контроллеры данной линейки по любому из нижеперечисленных интерфейсов:
Ethernet.
Debug RS-232.
USB Device.
Кабель для программирования идет в комплекте поставки (для Debug RS-232), или используется стандартный кабель. Отличительные особенности линейки:
Небольшое количество точек ввода\вывода.
Расширенное количество интерфейсов «на борту» контроллеров.
Наличие порта Ethernet.
Поддержка протоколов обмена ModBus (RTU, ASCII), ОВЕН, DCon.
Возможность работы напрямую с портами контроллера, что позволяет подключать внешние устройства с нестандартными протоколами.
Контроллер имеет встроенные часы, что позволяет создавать системы управления с учетом реального времени.
Встроенный аккумулятор, позволяющий организовать ряд дополнительных сервисных функций: возможность кратковременного пережидания пропадания питания, перевод выходных элементов в безопасное состояние
Наличие Flash памяти позволяет организовывать архивирование данных на самом ПЛК.
При покупке программируемого контроллера ОВЕН ПЛК предоставляются БЕСПЛАТНО:
Среда программирования CoDeSys.
Набор готовых функциональных блоков.
Специальные сервисные утилиты для работы с ОВЕН ПЛК.
Для организации обмена с верхним уровнем предоставляются бесплатные OPC драйвера OPC, драйвер Gateway (от CoDeSys) и OPC драйвер ModBus (от ОВЕН).
В докладе для примера представлена схема автоматизации котла ДЕ-25-14ГМ (топливо газ/мазут). Система управления разработана на базе контроллера ОВЕН ПЛК 110-60 и охватывает управление как теплотехническим, так и электротехническим оборудованием.
Система является автоматизированной (не автоматической) [1],то есть предусматривает работу технических средств управления под контролем и при участии оперативного персонала.
Система управления обеспечивает повышение надежности, улучшение технико-экономических показателей работы котлоагрегата и вспомогательных систем за счет:
– реализации алгоритмов автоматического управления, учитывающих специфику протекающих технологических процессов;
– приближения, принимаемых оператором котлоагрегата управляющих решений к оптимальным, благодаря лучшему информационному обеспечению (представлению данных в требуемом объеме, в удобном для восприятия виде и в любое необходимое время);
– повышения безаварийности функционирования системы, облегчения ее эксплуатационного обслуживания, сокращения времени на поиск, устранения возникающих нарушений в ее работе за счет блокирования ошибочных действий персонала;
– выдачи объективной информации, полученной в процессе ведения технологических режимов на котлах;
– снижения материальных и финансовых затрат на эксплуатацию системы автоматизации.
Система управления котлом имеет структуру, представленную на рис. 3 [1].
Рис. 3. Структура системы управления котлом
Панель оператора – предназначена для визуализации информации, поступающей от контроллера по сети RS232 и, служит для управления технологическим процессом. Использование операторской панели в системе управления позволяет создавать удобный человеко-
машинный интерфейс и обеспечивает централизованное рабочее место человека-оператора, управляющего котлоагрегатом.
Модуль ввода аналоговый – предназначен для преобразования измеряемых аналоговых
сигналов в цифровой код и передачи результатов измерения по сети RS-485 в контроллер.
Контроллер – предназначен для сбора и обработки информации и выработки управляющих воздействий, необходимых для выполнения следующих задач:
– технологические защиты;
– технологические блокировки;
– дистанционное управление арматурой и механизмами непосредственно участвующих в
технологических защитах и блокировках;
– автоматическое регулирование и дистанционное управление исполнительными механизмами непосредственно участвующих в регулировании;
– дистанционное управление арматурой и механизмами не участвующими непосредственно в технологических защитах, блокировках и регулировании;
– функционально групповое управление режимами работы котлоагрегата.
Программное обеспечение панели оператора:
– прикладная программа, разрабатывается инженером-программистом, с помощью программного обеспечения «Конфигуратор СП200» «Овен».
Программное обеспечение контроллера:
– прикладная программа контроллера, разрабатывается инженером - программистом, с
помощью программного обеспечения «CoDeSys 2.3».