Как известно, большой процент аварий в котельных происходит из-за отказов или сбоев в системах автоматики безопасности, ошибок обслуживающего персонала (по данным МЧС России - 52 %). Отказы автоматики вызваны в основном тем, что используемые комплексы технических средств для автоматизации котлов и котельных, разработанные в 70-80 годах, в настоящее время имеют большой физический износ, морально устарели и не отвечают в полном объеме требованиям действующих нормативных материалов. Малая наработка на отказ подобных КТС, их низкая помехоустойчивость, устаревшая элементная база, отсутствие защиты от несанкционированного доступа к управлению, ошибочных действий оператора, регистрации нештатных ситуаций (НС), универсальности, а также многих других сервисных возможностей, характерных для современной техники, не позволяют в полной мере обеспечить безотказную работу котлов и котельных, создать современные АСУ, использовать безлюдную технологию при обслуживании котельных.

ЗАО «НПФ Теплоком», при создании специализированных промышленных контроллеров СПЕКОН СК для управления котлами, котельными, ЦТП, другими технологическими объектами теплоэнергетического комплекса и различных отраслей промышленности ставило своей задачей устранение указанных недостатков.

Системные интеграторы в качестве контроллеров для системы автоматизации предприятия предлагают свободно программируемые контроллеры (ПК), представляющие собой набор различных модулей, блоков, конструктивов, позволяющих собрать контроллер для решения конкретной задачи. К этим контроллерам прилагается необходимый программный продукт, обеспечивающий создание объектно-ориентированное ПО.

При создании больших централизованных САУ или контроллеров для управления уникальными объектами техническая и экономическая целесообразность использования ПК не вызывает сомнения. Для типовых решений – котлов, котельных, ЦТП, насосных станций и т.д., где целесообразно использовать объектно-ориентированные контроллеры и/или децентрализованные распределенные САУ – применение контроллеров СПЕКОН СК представляется технически и экономически выгодным. Справедливость этого подтверждает и опыт большинства ведущих зарубежных фирм, которые, кроме семейств ПК, выпускают и контроллеры, предназначенные для управления конкретными объектами или объектно-ориентированное ПО. Для потребителя важны надежность, цена, удобство эксплуатации, гарантийное и послегарантийное обслуживание, возможность модернизации и дальнейшего развития системы.

Параметры надежности в каталогах ПК, как правило, не приводятся, но в рекламных материалах некоторых фирм показано среднее время наработки на отказ отдельных модулей, составляющих ПК. Если определить время наработки на отказ всего ПК, исходя из параметра каждого модуля, то оно получается существенно ниже, чем любого из модулей, поскольку выход из строя одного из модулей не позволяет ПК выполнять свои функции в требуемом объеме.

Технология изготовления контроллеров СПЕКОН, как и других приборов нашей фирмы, включает поверхностный монтаж электронных элементов, технологические процессы термоударов, термонаработки и т.п. и обеспечивает высокую надежность аппаратной части. Приборы, выпускаемые «НПФ Теплоком», с которыми контроллер унифицирован по элементной базе и схемотехническим решениям, имеют по результатам эксплуатации наработку на отказ 150 000 – 200 000 ч.

Для СПЕКОН СК в документации указано время наработки на отказ - 75000ч, а срок службы - 10 лет. Гарантийный срок 2 года исчисляется от даты ввода в эксплуатацию, но не позднее 6 месяцев с даты изготовления, т.е. 2 года работы и дополнительно 0,5 года на складе.

Промышленные контроллеры СПЕКОН СК

1. Исполнения СПЕКОН СК для управления объектами теплоэнергетического комплекса – котлами, теплогенераторами, котельными, ЦТП
1.1 Контроллеры СПЕКОН исполнений СК1-00…28 и СК2-00…28 предназначены для автоматизированного управления горелками, котлами, теплогенераторами, обеспечивая при этом:
• штатный пуск, в процессе которого выполняются следующие процедуры:
- запрос оператору на подтверждение выполнения необходимых ручных операций;
- выбор вида топлива;
- определение наличия необходимых условий для пуска;
- проверка герметичности газовых клапанов;
- предпусковая вентиляция;
- розжиг запальной и основной горелок;
- прогрев котла (перевод в регулируемый режим);
• позиционное и/или пропорциональное регулирование:
- температуры воды на выходе из котла (давления пара), в том числе с использованием погодного и программного регулирования;
- соотношения топливо/воздух;
- разрежения в топке;
- расхода воды через котел;
- уровня воды в барабане котла;
• штатный останов котла, включая послеостановочную вентиляцию;
• аварийную защиту и сигнализацию, предупредительную сигнализацию, аварийный останов;
• ввод с клавиатуры базы данных - состава системы, пределов измерения, уставок - сигнализации, параметров регулирования;
• представление на табло информации - значения параметров, состояние ИМ, ход техпроцесса, наличие нештатных ситуаций, первопричина аварии;
• ведение архивов - параметров, нештатных ситуаций, предыстории аварии, событий;
• пошаговый пуск котла и управление ИМ с клавиатуры - пооперационный пуск котла (предварительная вентиляция – проверка газоплотности клапанов - розжиг запальника - …) и дистанционное управление ИМ при пуско-наладочных работах или проверке оборудования;
• тестовый режим - проверка функционирования защит и блокировок с остановом и без останова котла;
• защиту от несанкционированного доступа к управлению техпроцессом и ошибок оператора;
• связь с внешними устройствами - компьютером, принтером, контроллерами, модемом, радиомаяком.

1.2 Для автоматизации теплогенераторов предназначены:

СК2-11 - для управления теплогенераторными устройствами, использующими для сжигания попутный нефтяной газ с инжекционными горелками (инжекция топлива воздухом);
СК2-12 - для управления теплогенераторными устройствами с функцией поддержания температуры на выходе теплогенератора в зависимости от температуры помещения. Контроллеры осуществляют регулирование температуры теплоносителя (СК2-11) или воздуха в помещении (СК2-12) в зависимости от температуры наружного воздуха с обеспечением необходимых защит и блокировок, эти же контроллеры могут использоваться для управления горелками при сушке зерна, древесины и т.п.;
СК2-14 – для управления подогревателями нефти и газа.

1.3 Для управления пламенными печами предназначены контроллеры СПЕКОН СК5-01

1.4 Контроллеры СПЕКОН СК3 предназначены для автоматизированного управления котельными (исполнения СК3-01 и СК3-13), ЦТП (исполнения СК3-21), обеспечивая:
• при управлении котельной:
- формирование команд на пуск и останов котлов;
- автоматическое регулирование температуры прямой сетевой воды в соответствии с графиком регулирования отопительной нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха, обеспечивая при этом пять режимов теплопотребления: дневной, ночной (выходного дня), экономичный, усиленный, аварийный;
- автоматическое регулирование температуры воды перед котлами;
- автоматическое регулирование уровня воды в баках-аккумуляторах ГВС;
- управление насосами сетевой воды, ГВС, холодной воды, рециркуляции сетевой воды, жидкого топлива, АВР насосов;
- управление электрифицированной общекотельной арматурой;
- аварийную защиту и сигнализацию, том числе формирование сигналов от датчиков загазованности, пожарной и охранной сигнализации;
- ввод с клавиатуры базы данных;
- представление на табло информации;
- ведение архивов;
- управление ИМ с клавиатуры;
- тестовый режим;
- защиту от несанкционированного доступа к управлению техпроцессом и ошибок оператора;
- связь с внешними устройствами;
• при управлении ЦТП:
- автоматическое регулирование температуры прямой сетевой воды в соответствии с графиком регулирования отопительной нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха в соответствии с пятью режимами теплопотребления: дневной, ночной, (выходного дня), экономичный, усиленный, аварийный;
- управление насосами: сетевой воды, ГВС, холодной воды, рециркуляции сетевой воды, подпитки, АВР насосов;
- управление электрифицированной арматурой;
- аварийную защиту и сигнализацию, том числе формирование сигналов от датчиков загазованности, пожарной и охранной сигнализации;
- ввод с клавиатуры базы данных;
- представление на табло информации;
- ведение архивов;
- управление ИМ с клавиатуры;
- тестовый режим;
- защиту от несанкционированного доступа к управлению техпроцессом и ошибок оператора;
- связь с внешними устройствами.

2. Комплексы технических средств для САУ на базе контроллеров СПЕКОН СК

На базе СПЕКОН СК предлагается КТС СКА для управления различными технологическими объектами, в том числе многогорелочными котлами, котельными и ЦТП. КТС СКА позволяет создавать децентрализованные распределенные системы управления, обладающие большой живучестью, малым временем реакции на нештатные (аварийные) ситуации. При этом контроллеры могут размещаться в непосредственной близости от объекта управления, что существенно сокращает количество кабельной продукции. Кроме того, значительно снижается вероятность неисправности типа «пропуска аварии».

Использование СПЕКОН СК, совместно с другими приборами, выпускаемыми «НПФ Теплоком» - вычислителями количества тепла типа ВКТ, газа - типа ВКГ, электромагнитными преобразователями расхода типа ПРЭМ, позволяет создавать интегрированные системы, управляющие технологическими объектами с учетом технико-экономических параметров.
Для автоматизации котельной с водогрейными котлами предлагается КТС, в состав которого, кроме периферийных устройств (датчиков, ИМ, насосов и т.д.), входят контроллеры СК2 и СК3. Контроллеры СК2 могут устанавливаться непосредственно на котле, обеспечивая управление котлом «по месту». СК3 может размещаться в операторской и служить рабочим пультом оператора, кроме того, он обеспечивает связь с компьютером верхнего уровня, являясь «шлюзом» для ВКТ и ВКГ. Подобная система автоматизации котельной позволяет вывести из нее постоянный обслуживающий персонал. Другой пример КТС СКА – АСУ многогорелочным теплоэнергетическим котлом, где горелками управляют контроллеры СК1, а СК2 является "мастером". Состав КТС СКА определяется проектом автоматизации с учетом пожеланий заказчика.

3. ОРС-сервер и программа верхнего уровня для организации диспетчеризации работы объекта на базе MasterSCADA.

В статье приводены мнемосхемы котельной с двумя водогрейными котлами и парового котла. Если у диспетчера возникает необходимость управления объектом, то на мнемосхемах имеется виртуальная панель управления контроллером, позволяющая выполнить все необходимые операции с предъявлением соответствующих паролей. Это сделано для исключения несанкционированного доступа к управлению объектом и ошибок диспетчера. Поскольку правила запрещают вмешательство персонала в работу автоматизированной системы, эту возможность рекомендуется использовать во время пуско-наладочных работ.

4. Экономические показатели использования контроллеров

Использование контроллеров СПЕКОН СК обеспечивает существенный экономический эффект. При автоматизации котельных он заключается в экономии топлива, выводе из промышленной зоны постоянного обслуживающего персонала, снижении вероятности возникновения нештатных ситуаций и т.п.
В зависимости от мощности котельной меняется доля составляющих экономии. Для малых котельных основной процент экономии достигается за счет заработной платы, для больших – за счет экономии топлива. В целом срок окупаемости затрат на модернизацию на базе контроллеров СПЕКОН СК системы автоматизации котлов и котельных – 1,5-2,5 года.

5. Приборы ЗАО «НПФ Теплоком» как средства нижнего уровня АСУ

Автоматизируя локальные контура управления, техпроцессы, контроллеры СПЕКОН СК позволяют в дальнейшем реализовывать автоматизированную систему управления предприятием. Процедура автоматизации осуществляется поэтапно, в зависимости от наличия средств у заказчика. В результате заказчик получает децентрализованную систему управления своим производством, выполненную на однотипном оборудовании от одного производителя.
Например, вариант системы автоматического управления производством, распределением и потреблением тепла (АСУТ), где в качестве средств нижнего уровня используются контроллеры СПЕКОН СК (управление котлами, котельными, ЦТП), корректоры газа ВКГ (учет потребления газа на котельных), вычислители количества тепла ВКТ, преобразователи расхода ПРЭМ (учет и регулирование у потребителя), выпускаемые ЗАО «НПФ Теплоком». Использование приборов от одного производителя имеет ряд преимуществ в части обучения персонала, сервисного обслуживания и т.п.

6. Для комплектования КТС выпускаются блоки коммутационных и силовых элементов – БКС1÷4

Использование контроллеров при реконструкции котельных

Во многих регионах России сложилось сложная ситуация с производством тепла – по разным источникам износ газового оборудования, газоиспользующих установок, средств автоматизации котельных достигает 60-80%, а по некоторым позициям, например, автоматики безопасности, - 100%. Многие виды оборудования морально устарели, не соответствуют требованиям «Правил безопасности систем газораспределения и газопотребления ПБ 12-529-03», сняты с производства.

Поскольку время работы оборудования существенно превысило планируемый срок службы, а по автоматике безопасности этот параметр превышен в несколько раз, то особо важным становится вопрос о дальнейшей безаварийной работе этого оборудования. Тем более что отсутствие запасных частей и комплектующих изделий крайне затрудняет поддержание оборудования в работоспособном состоянии. Разумеется, оптимальное решение судьбы изношенного оборудования – его полная замена на современное, но из-за ограниченных средств многие собственники котельных стараются обойтись минимальными затратами, меняя только то, что уже больше работать не может.

Чтобы определить возможность дальнейшей эксплуатации технических средств котельной, необходима диагностика оборудования. Для определения состояния котельной арматуры - секций, труб, задвижек и т.п. - существуют несколько методов, например, рентгеноскопический, позволяющий с достаточной степенью вероятности прогнозировать работоспособность указанного оборудования.
Определение с той же вероятностью возможности дальнейшей эксплуатации электронной аппаратуры автоматики безопасности - более трудоемкий процесс. В этом случае нельзя превысить внешние факторы – напряжение питания, температуру, влажность и т.п., как при испытании, например, давлением, превышающим номинальное. Требуется анализ состояния электронных компонентов приборов, изменяющих свои характеристики во времени. Это теоретически возможно, но практически вряд ли реализуемо, т.к. требует снятия характеристик этих элементов, что возможно только при их извлечении из схемы, сравнения с их же характеристиками, которые были при изготовлении и т.п. Возможно снятие уровней напряжений, сигналов, потребляемых токов и сравнение их с первоначальными, но это также трудоемко, кроме того, не всегда имеются данные о первоначальных значениях параметров.

Единственное, что можно сделать в реальных условиях – это проверить характеристики аппаратуры на соответствие ТУ, что тоже непросто, поскольку для этого надо демонтировать аппаратуру, а после проверки вновь смонтировать. К сожалению, подобная проверка может только подтвердить работоспособность аппаратуры в настоящий момент и не позволяет делать выводы о продлении ресурса, т.к. элемент прибора может выйти из строя сразу после проверки. Тем более надо учитывать, что интенсивность отказов оборудования резко увеличивается к концу срока службы. Таким образом, даже если тепломеханическая часть котельных может, при положительных результатах диагностики, эксплуатироваться дальше, то электронные приборы автоматики безопасности однозначно нуждаются в замене.
Предлагаемые КТС для автоматизации котлов и котельных СКА2 и СКА3, в которых в качестве контроллеров используются СПЕКОН СК2 и СК3, кроме решения всех задач по безопасной работе котлов и котельных, имеют еще и ряд преимуществ, позволяющих потребителю оптимизировать управление котельной, окупить расходы на модернизацию и получить экономию.

Котроллеры обеспечивают:
- регулирование (по любому закону) производительности котлов в зависимости от времени суток и температуры наружного воздуха, разрежения в топке, соотношения газ-воздух; возможность регулирования с учетом сигнала от газоанализатора, от расхода газа, воды; в перспективе - регулирование с учетом КПД котла; при этом типы регуляторов, коэффициенты регулирования задаются с клавиатуры контроллера;
- работу с любыми датчиками и ИМ, поэтому при модернизации можно оставить то оборудование, которое не нуждается в замене, например, недавно установленное, или еще не выработавшее свой ресурс;
- в ряде случаев сохранение старых кабельных связей;
- регулирование с учетом технико-экономических показателей при использовании в составе КТС теплосчетчика, корректора газа;
- отсутствие необходимости замены контроллеров, системы диспетчеризации при последующей замене котлов и горелок; это связано с тем, что контроллеры могут работать с различными типами оборудования, поэтому достаточно изменить только состав системы с клавиатуры контроллера;
- возможность увидеть предысторию аварии за счет наличия архивов параметров, НС, событий;
- надежную работу системы благодаря защите от несанкционированного доступа, развитой системе диагностики контроллера, датчиков, оборудования и т.д., что особенно важно при изношенном оборудовании; возможность вывода одной из систем защиты для ее проверки без останова котла;
- снижение затрат на оборудование;
- оперативную проверку работоспособности контроллера с помощью стенда «Теплоком-студио»;
- создание АСУ различной сложности.

Наработка на отказ аналогичных, т.е. использующих ту же элементную базу и схемотехнические решения, приборов нашей фирмы по данным эксплуатации – 150000 час. Если говорить о наработке на отказ непосредственно контроллеров, то, по данным эксплуатации, она составляет  200000 час (с 2001 г. более 1000 контроллеров эксплуатируются в 80 городах России, Казахстана, Узбекистана).

В отзывах оппонентов часто утверждается, что контроллер хороший, но его использование для небольших котлов равноценно стрельбе из пушки по воробьям. С этим трудно согласиться, потому что:
- во-первых, многофункциональность контроллера обеспечена его ПО, а как прибор он -очень простой: если посчитать количество электронных элементов, установленных в контроллере, то их будет не больше (а может даже и меньше) чем, например, в БУРСЕ, а это означает надежность;
- во-вторых, если за те же деньги можно приобрести изделие с существенно большим набором функций, надежное, заменяющее еще другие приборы и уменьшающее стоимость системы в целом, экономящее деньги и топливо, снижающее загрязнение окружающей среды – то почему этого не делать?
Приведем отвлеченное сравнение. Если рядом будут стоять два новых автомобиля одного класса за одну цену, но у первого будут и климат контроль, и АБС, и электроподъемники, и гидроусилитель, и автоматическая коробка, и меньшее потребление бензина, а в другом этого всего не будет (причем надежность первого даже выше чем у второго) - вряд ли кто-то купит второй.

В процессе реконструкции котельной лучше поменять все изношенное оборудование. Но если средства крайне ограничены, а тепломеханическое оборудование работоспособно, то автоматику безопасности менять необходимо, чтобы не допустить аварий. Использование контроллеров СПЕКОН СК имеет ряд преимуществ и обеспечивает значительный экономический эффект.

(812)703-72-13, krumer@teplocom.spb.ru
www.teplocom.spb.ru

© 2008 Журнал "Промышленные АСУ и контроллеры" E-mail: info@asucontrol.ru