АСУ ТП турбокомпрессорных агрегатов для металлургических производств
Основным элементом системы подачи воздуха является турбокомпрессорный агрегат или турбокомпрессор. Надежность и экономичность работы турбокомпрессора во многом определяется характеристиками его системы автоматического управления (САУ ТК).
Далее в статье описан пример реализации САУ турбокомпрессора с паровым приводом для обеспечения дутьём доменной печи, выполненной инженерами АО «ЭЛАРА» на базе российского программно-технического комплекса «СУРА».
Использованные сокращения
АВР автоматический ввод резерва
АПК антипомпажный клапан
АРМ автоматизированное рабочее место
МЭО механизмы электрические однооборотные
РК ПТ регулирующий клапан паровой турбины
УСО устройства связи с объектом
Структура турбокомпрессора с паровым приводом для обеспечения дутьём доменной печи
Турбокомпрессорный агрегат К-5500-41-Ι;
Паровой привод К-22-90-II (ВКВ-22-II);
Быстродействующие приводы регулирующих клапанов РК ПТ и АПК – электрогидравлические с двигателем и частотным преобразователем;
Приводы РК перепуска и подачи кислорода – тип МЭО.
Задачи, решаемые САУ турбокомпрессора
Обеспечение стабильной выработки доменного дутья, бесперебойной подачи сжатого воздуха, обогащённого кислородом, на доменные печи;
Поддержание оптимального режима технологического процесса;
Повышение эффективности работы и эксплуатационных показателей объекта;
Обеспечение безопасности и безаварийности технологического процесса;
Предотвращение ошибочных действий оперативного персонала;
Снижение эксплуатационных и ремонтных затрат, увеличение межремонтного интервала ТК.
Структура САУ турбокомпрессора
Основное оборудование САУ компактно размещено внутри одного шкафа управления, и включает в себя резервированный контроллер «Эликонт-100» и модули ввода-вывода «Эликонт-200». При необходимости интеграции с другими системами, в состав САУ может быть добавлен коммуникационный шлюз – «Эликонт-КС».
Все необходимые измерения осуществляются модулями УСО в составе шкафа. Модули ввода дискретных сигналов оснащены защитой от «дребезга» контактов и поканальной диагностикой.
Выходные цепи управления приводами регулирующих парового клапана, антипомпажного клапана, клапана на линии перепуска и клапана подачи кислорода являются унифицированными аналоговыми сигналами 4 – 20 мА.
Все каналы ввода-вывода имеют индивидуальную гальваническую развязку.
Верхний уровень САУ состоит из двух АРМ оперативного персонала на базе промышленных компьютеров и программного обеспечения ПТК «СУРА». Каждый АРМ снабжен двумя мониторами с размером диагонали 24 дюйма. Основная информация о технологическом процессе отображается на видеокадрах, содержащих мнемосхемы, соответствующие PI-диаграммам объекта.
АРМы дополнительно выполняют функции основного и резервного сервера архива. Архивирование подразумевает накопление, хранение и представление персоналу текущей и ретроспективной информации о технологических параметрах, переключениях в технологических схемах, работе автоматики, об ошибках и отказах ПТК, о работе защит, о результатах подготовки данных для расчёта показателей. Всем событиям присваиваются метки времени с дискретностью 1 мс и погрешностью не более 10 мс.
Количество АРМов и серверов верхнего уровня может гибко изменяться под требования конкретного проекта. Например, АРМ может быть выполнен в виде встраиваемого панельного компьютера.
Местное управление и мониторинг турбокомпрессора также осуществляется с дополнительной панели управления (МПУ) подключенной к ПЛК посредством протокола Modbus RTU.
При наличии на объекте других АСУ ТП на базе ПТК «СУРА» их можно легко объединить в общий проект, тем самым уменьшить стоимость и трудоемкость отдельных САУ.
Функции САУ турбокомпрессора на базе ПТК «СУРА»
Поддержание заданного расхода кислорода в дутье с помощью клапана, регулирующего подачу кислорода, с использованием сигнала по расходу кислорода;
Точное регулирование частоты вращения ТК изменением расхода пара на приводную турбину;
Увеличение диапазона работы ТК с рециркуляцией за счет точного определения положения рабочей точки на газодинамической характеристике компрессора и эффективного противопомпажного регулирования;
Предотвращение помпажа компрессора ТК во всех режимах за счёт открытия клапанов: АПК и регулирующего клапана петлевого перепуска на минимальном расстоянии от границы помпажа;
Обеспечение минимального статического запаса по расходу от рабочей точки до границы помпажа при рециркуляции и кратковременном сбросе ТК;
Автоматическое безударное изменение режимов регулирования (поддержание заданной частоты вращения / расхода / давления);
Управление режимом работы ТК с АРМ операторов и доступ к управлению процессом в ручном режиме;
Ограничение доступа к конфигурации и настройке системы;
Отображение в реальном масштабе времени и архивирование информации о протекании технологического процесса (включая положение рабочей точки компрессора на его газодинамической характеристике) и о состоянии технологического оборудования;
Обмен информацией с другими системами автоматического управления и регулирования, в том числе более высокого уровня, по протоколу ОРС UA и Modbus TCP/RTU.
Система электроснабжения САУ ТК
Система электроснабжения расположена в шкафу управления ТК и обеспечивает резервированное электропитание переменным током напряжением 220 В всего комплекса технических средств САУ ТК.
Для гальванической развязки электрических цепей, а также повышения безопасности электросетей при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям используется разделительный трансформатор.
Потребляемая мощность САУ не превышает 7,5 кВт.
Опыт АО "ЭЛАРА" в АСУ ТП турбоагрегатов
Более 30 установок под управлением ПТК «СУРА»:
Приводные паровые турбины компрессоров и насосов;
Газовые турбины.
Единичная мощность от 6 МВт до 325 МВт;
Собственная реализация математических моделей турбоагрегатов;
Технологический партнер АО «Силовые машины» в части АСУ ТП;
В 2023 году – замена САУ от «ССС» на турбокомпрессорном агрегате К-5500-41-Ι.
САУ турбоагрегата перед заводскими испытаниями
Стратегия разработки и внедрения АСУ ТП турбоагрегатов Инженерного центра АО «ЭЛАРА»
Полноценная гарантия без оговорок и перекладывания ответственности;
Сокращение времени проектирования и производства ПТК;
Уменьшение длительности и трудоемкости пусконаладки;
Использование программного имитатора для тренировки персонала. Уменьшение периода освоения системы – снижение стресса и вероятности ошибочных действий персонала.