SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Современные технологии автоматизации повысят энергоэффективность всех объектов

В статье описан проект, реализованный компанией «Обис Энергомонтаж», получивший первое место в конкурсе «Энергосберегающий проект» в номинации «Энергосбережение на промышленных, научных и строительных объектах».

ООО «Обис Энергомонтаж», г. Москва

obis_logo.gif


Не секрет, что энергосбережение и повышение энергоэффективности было и остается одной из приоритетных задач для нашей страны, поскольку именно это позволит существенно повысить конкурентоспособность экономики и замедлить рост тарифов на энергию. Еще одна серьезная проблема заключается в том, что на данный момент осуществляются в основном лишь те мероприятия, которые быстро окупаемы. Вполне естественно, что выход федерального закона заставил нас еще раз задуматься о поиске лучшего решения и сделал эту тему по-настоящему актуальной.

Сегодня в данном направлении работает множество компаний. Достижения некоторых из них впечатляют, а кто-то простаивает на месте годами. Во многом результат зависит не только от опыта инженеров-разработчиков, проектировщиков, программистов и всей огромной команды, но и от понимания текущей ситуации и перспектив людьми, стоящими во главе компании. 

Какими же качествами должны обладать сотрудники фирмы, чтобы им можно было доверить решение вашей проблемы? Безусловно, важно оставаться гибким, открытым для информации и быть готовым к смене тактики. При этом хорошо понимать и научную сторону вопроса, получая новейшие данные из первых рук лучших специалистов в своей области. Всеми перечисленными достоинствами обладают специалисты компании «Обис».

ООО «Обис Энергомонтаж» доказала свою конкурентоспособность и умение довольно быстро реагировать на изменения рынка, развившись из маленькой узкопрофильной организации в солидную компанию с серьезной кадровой политикой и желанием не просто работать, а завоевывать награды.
 Компания многие годы работает над решением задач, связанных с контролем энергоресурсов и диагностикой состояния коммуникаций, внедряя современные системы управления технологическими процессами на предприятиях ЖКХ. «Обис Энергомонтаж» также имеет успешный опыт диспетчеризации на самых разных инженерных объектах. В течение последних лет компанией было успешно реализовано множество проектов, завершены реконструкция и автоматизация объектов целого ряда предприятий и выполнены работы по проектированию газопроводов и котельных. Достигнутый экономический эффект и высокий профессионализм сотрудников «Обис Энергомонтаж» нередко вызывал заинтересованность владельцев предприятий и котельных, которые решали провести модернизацию своих объектов уже в полном объеме.

Ежегодно проводится огромное количество всевозможных конкурсов и выставок, требующих и больших материальных затрат, и дополнительной подготовки всех участников. Для компаний, всегда готовых продемонстрировать эффективное и легко реализуемое решение уже поднадоевшей проблемы, – это и божий дар, и головная боль одновременно. 

«Обис Энергомонтаж» представила на конкурс «Энергосберегающий проект ВАО города Москвы – 2010» реализованный проект по автоматизации и диспетчеризации водогрейного котла КВГМ-50 и парового котла ДЕ-16/14 ГМ, установленных в квартальной котельной компании «Любэнергоснаб» (г. Люберцы). В результате – заняла первое место. Для того чтобы разобраться, в чем же заключается основной вклад компании в повышение энергоэффективности предприятий теплоэнергетики и как происходит внедрение новых разработок, рассмотрим этот проект более детально. 

Первый этап был реализован в период с 2007 по 2009 г.

За это время специалисты компании проделали огромный труд, а именно:
разработали проект автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) котельной, который в том числе предусматривал замену устаревших элементов автоматики котлов на современные;
разработали программное обеспечение для АСУ ТП;
внедрили SCADA-систему (Supervisory Control And Data Acquisition) – перспективную технологию мониторинга, анализа и управления параметрами технологического процесса; 
выполнили необходимые строительно-монтажные и пусконаладочные работы первой очереди.

Экономический эффект, который при этом был достигнут, вызвал желание представителей ООО «Любэнергоснаб» модернизировать упомянутую котельную в полном объеме (2010–2011 гг.). Работа выполнялась на котлах отечественного производства, установками такого типа укомплектовано большинство котельных, что, несомненно, подтверждает актуальность таких проектов.
Автоматизация котлов КВГМ-50 и ДЕ-16 ГМ была проведена на базе контроллеров I-8000, диспетчерский уровень АСУ ТП реализован с использованием SCADA-системы iFIX. 

При этом было осуществлено погодозависимое регулирование температуры прямой теплосети по датчику наружного воздуха в соответствии с тепловым графиком системы. Управление котлами в автоматическом режиме осуществляется контроллером I-8000, расположенным в шкафу автоматики. Реализованы алгоритмы автоматического пуска котлов по нажатию одной кнопки со шкафа автоматики или с компьютера оператора. Для управления дымососом и вентилятором использованы частотные преобразователи, что позволило сэкономить до 60% электроэнергии, обеспечивающей их работу. Осуществлена возможность удаленного, мобильного контроля и управления автоматизированными котлами.

pic1.jpg

Рис. 1. Автоматизированная котельная по производству флоат-стекла мощностью 40 МВт с котлами Vitomax-200


Возможности АСУ ТП котлов

Аппаратно-программные средства SCADA-системы реализуют полномасштабные функции управления и контроля и позволяют решать следующие задачи: 
- управление объектами (например, котельной) во всех эксплуатационных режимах, включая пуск и останов;
- дистанционное управление электрифицированным оборудованием; 
- регулирование технологических параметров в заданном режиме; 
- автоматический контроль и непрерывная диагностика как датчиков, так и средств программно-технического комплекса; 
- формирование базы данных исходной и расчетной информации; 
- архивирование всех технологических параметров; 
- отображение на экране компьютера (панели, крупногабаритного табло) состояния оборудования с разной степенью детализации; 
- дифференцированный допуск операторов к отдельным операциям, защита системы от случайного и несанкционированного воздействия; 
- протоколирование действий оператора, защита от подачи неправильных команд; 
- создание печатных отчетов.


АСУ ТП котлов типа КВГМ

Объектами контроля и управления АСУ котлами типа КВГМ являются: 
- система подачи воздуха на горение; 
- система подачи газа; 
- система регулирования разрежения в топке; 
- система регулирования расхода воды через котел.

АСУ котлом реализует задачи управления технологическим процессом и информационного обслуживания эксплуатирующего персонала. Структура АСУ является иерархической и распределенной. 

На нижнем уровне АСУ располагаются датчики давления, перепада давления, температуры, уровня, расхода, исполнительные механизмы, а также средства дистанционного управления (местные посты) исполнительными механизмами (задвижками, клапанами и др.), позволяющие оператору вести технологический процесс в ручном режиме или в процессе наладки.

pic2.jpg

Рис. 2. Пользовательский интерфейс оператора котельной с возможностью управления параметрами котла ДКВр

На среднем уровне реализуется логика управления системы. На нем расположен ее основной модуль, базирующийся на промышленном программируемом контроллере. Данный модуль выполняет функции сбора, обработки информации, управления, регулирования и защиты котла от нештатных ситуаций, подачи предупредительных и аварийных сигналов, блокировки, выдачи сигналов в штатную котельную автоматику и др. Конструктивно контроллер с необходимыми блоками, модулями и релейно-контакторная аппаратура управления исполнительными устройствами установлены в шкафу. На лицевой стороне шкафа закреплена панель для отображения параметров.

Схемой автоматики шкафа реализуется:
- контроль температуры воды на входе и выходе котла; 
- контроль температуры отходящих газов; 
- контроль содержания О2, СО, NO (при необходимости); 
- контроль давления воздуха пос­ле дутьевого вентилятора; 
- контроль давления газа перед горелкой;
- контроль давления газа после регулирующего клапана; 
- контроль давления жидкого топлива; 
- контроль погасания основного факела и факела запальника; 
- контроль разрежения в топке; 
- контроль расхода воды через котел; 
- контроль герметичности клапанов; 
- контроль положения исполнительных механизмов регуляторов; 
- автоматическое регулирование расхода воды через котел; 
- автоматическое регулирование температуры воды на выходе котла (подачей сжигаемого топлива на котел, при необходимости возможно регулирование по температуре наружного воздуха); 
- автоматическое регулирование давления воздуха на горение (управление частотным преобразователем электродвигателя вентилятора подачи воздуха на горение) в зависимости от давления газа в соответствии с режимной картой (или с учетом сигналов газоанализатора); 
- автоматическое регулирование разряжения в топке котла (управление частотным преобразователем электродвигателя вентилятора дымососа); 
- автоматическое регулирование обессоливания и автоматическая продувка; 
- возможность перепрограммирования характеристик управления технологическим процессом в соответствии с режимной картой котла; 
- динамическое поддержание максимального к.п.д. котла во всем диапазоне его нагрузок в автоматическом круглосуточном режиме; 
- ведение протокола параметров технологического процесса в течение всего времени с последующей записью в память для анализа; 
- типовая защита котла в соответствии с СНИП II-35-76*, в том числе при:
-- погасании контролируемого пламени горелок; 
-- недопустимом повышении или понижении давления газа; 
-- отключении дутьевого вентилятора или недопустимых отклонениях в подаче воздуха для сжигания газа; 
-- отключении дымососов или недопустимом снижении разряжения в топочном пространстве; 
-- снижении ниже нижнего допустимого расхода воды через котел; 
- формирование световой и звуковой сигнализации при возникновении аварийных ситуаций и при выходе параметров за допустимые пределы.

В верхний уровень АСУ входят средства, реализующие функции отображения информации в различной форме, ее архивирование и протоколирование, а также функции дистанционного управления основным модулем контроллера путем прямого регулирования или изменения параметров и уставок регулирования, в том числе при управлении группой котлов по схеме «главного регулятора».

Техническим средством реализации верхнего уровня является автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора на базе компьютера со специальным программным обеспечением. АРМ устанавливается на центральном посту управления котельной и связана с контроллером по сети Ethernet.

Кроме указанных выше функций, верхний уровень АСУ обеспечивает следующее: 
- просмотр архивной информации за указанный промежуток времени; 
- реализацию и поддержание отдельного архива по принципу «аварийного среза»; 
- отдельный архив тревог; 
- расчет и архивирование валовых выбросов СО в атмосферу;
- учет потребленного топлива и электроэнергии; 
- учет выработанной тепловой энергии; 
- автоматическое регулирование температуры воды на выходе из котла (подачей сжигаемого топлива на котел) с точностью ± 0,5 °С; 
- обеспечение устойчивой работы котла на любых нагрузках, в том числе и при производительности ниже 20 %; 
- автоматический розжиг котла; 
- автоматическую проверку герметичности газовой запорной арматуры; 
- автоматический прогрев котла из холодного состояния; 
- агрегатный учет энергоресурсов и выработанной тепловой энергии; 
- регулирование технологических параметров работы котельной установки по сигналам газоанализаторов; 
- хранение архивных данных в течение года; 
- контроль работы оперативного персонала путем записи в память даты и времени всех переключений, выполняемых операторами.

На экране АРМ оператора котельной обеспечивается представление информации о текущем состоянии котлов и всех объектов управления, об измеренных значениях контролируемых параметров, а также о срабатываниях защит. Содержание всех баз данных в любой момент может быть просмотрено оператором и выведено на печать.

pic3.jpg

Рис. 3. Отображение котла деаэратора на рабочей панели оператора


Результаты внедрения АСУ ТП:
- повышение безопасности эксплуатации оборудования вследствие исключения человеческого фактора как источника нештатных и аварийных ситуаций (дифференцированный допуск операторов к отдельным операциям, защита системы от случайного и несанкционированного воздействия);
- минимизация потребления энергоресурсов;
- централизованный учет потребления энергоресурсов – газа, тепла, воды, электроэнергии;
- сокращение численности персонала;
- снижение эксплуатационных расходов;
- увеличение срока службы оборудования вследствие оптимизации режимов его работы; 
- увеличение срока службы оборудования вследствие обеспечения его равномерной наработки;
- обеспечение автоматизированного эффективного управления технологическими процессами в нормальных, переходных и пред­аварийных режимах работы; 
- удаленная диагностика состояния оборудования;
- выработка продукции заданного качества и количества;
- своевременное представление оперативному персоналу достоверной информации о ходе технологического процесса, состоянии оборудования и технологических средств управления;
- обеспечение персонала ретроспективной информацией в полном объеме для анализа, оптимизации и планирования работы оборудования и его ремонта.

В 2009 г. реальный экономический эффект от внедрения АСУ ТП в котельной по расчетам, предоставленным ООО «Любэнерго­снаб», составил:

pic5.jpg

Об актуальности широкого внедрения АСУ ТП в теплоэнергетический комплекс говорят и произведенные компанией расчеты.
Так, для котельной мощностью 40 Гкал/час, работающей по температурному графику отпуска тепла 130/70 ОС, за отопительный период (214 суток), при «перетопе» на 1 ОС перерасход газа составляет ~ 529 470,000 нм3, и при цене газа 3637,00 руб. за 1000 нм3 приводит к убыткам в сумме ~ 1 925 682,00 руб.

pic4.jpg

Рис. 4. АРМ делает управление оперативными параметрами котла ДЕ-16/14 по-настоящему удобным



Стоимость и срок окупаемости

Стоимость внедрения каждого проекта индивидуальна и зависит от текущего состояния объекта, потребностей и финансовых возможностей заказчика. 

Учитывая эти составляющие, подбирается надежное и современное оборудование ведущих отечественных и зарубежных производителей. Компания предлагает оптимальный вариант АСУ ТП в соотношении цена – качество. 

Определяющим фактором являются не единовременные затраты на внедрение, а срок окупаемости проекта и последующая экономия от сокращения расходов на эксплуатацию.
 
Так, расходы ООО «Любэнергоснаб» на автоматизацию двух котлов (КВГМ-50 и ДЕ-16/14 ГМ) по VIP-варианту (полная замена устаревшей автоматики на дорогостоящее оборудование зарубежных производителей, внедрение АСУ ТП) составили ~ 6 000 000,00 руб. (без НДС).
Ожидаемый срок окупаемости проекта только за счет экономии расходов газа и электроэнергии – два отопительных сезона в период с октября 2009 г. по апрель 2011 г. (14 месяцев). При этом не было учтено сокращение эксплуатационных расходов. В той или иной степени работы, аналогичные описанному выше проекту, были выполнены и на других объектах.
За время работы компанией было успешно реализовано несколько десятков подобных проектов как для коммерческих, так и для государственных заказчиков. Все решения, разработанные компанией, позволяют значительно снижать издержки и повышать доходы предприятий ЖКХ.
Работа ООО «Обис Энергомонтаж», которая приводит к ощутимому повышению уровня энерго­сбережения в ЖКХ, была высоко оценена Правительством Московской области. 

На V отраслевой выставке «Передовые технологии и оборудование в ЖКХ Подмосковья 2010» компания была награждена дипломом за внедрение передовых технологий в ЖКХ. Особенностью выставки этого года был приход большого числа новых компаний, которые активно заявили о себе и прикладывали все усилия для того, чтобы получить импульс для своего развития в Подмосковье и чем-то удивить специалистов, представителей прессы и простых зевак. Даже среди самых достойных конкурентов ООО «Обис Энергомонтаж» выгодно выделялась своими разработками, и ее представителям удалось заинтересовать даже самых искушенных посетителей.

На экспозиции были представлены технологии по автоматизации и диспетчеризации котельных. Особый интерес вызвала продемонстрированная возможность с помощью SCADA-системы удаленно осуществить запуск котла, который находится в Люберецком районе. Не менее впечатляющим был и наглядный пример по контролю и изменению параметров работы котельной в режиме реального времени. 

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(32)_2011

Н.В. Квицинский, Генеральный директор,
ООО «Обис Энергомонтаж», г. Москва,
тел.: (495) 956-4987,
e-mail: info@obis-energo.ru.