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.

Комплексная автоматизация энергетического оборудования как способ решения задач энергоэффективности

В статье показано, как с помощью технологий, разработанных ЗАО «НВТ-Автоматика», можно повысить энергоэффективность производства. Программно-технический комплекс «САРГОН» позволяет контролировать расход энергоресурсов, их распределение между потребителями, сократить затраты  при транспортировке, снизить аварийность, повысить экологичность и выполняет многие другие функции.

ЗАО «НВТ-Автоматика», г. Москва

Nvt-Avtomatika.gif

Основными положениями Федерального закона РФ от 23 ноября 2009 г. об энергосбережении и энергоэффективности (№ 261‑ФЗ) закреплены требования по энергоэффективности к зданиям, строениям, сооружениям, требования по переходу на расчеты за энергоресурсы по приборам учета и обязательность составления программ по энергосбережению и повышению энергоэффективности.

Технологии, разработанные ЗАО «НВТ-Автоматика», позволяют решать задачи энергосбережения и повышения энергоэффективности путем балансировки потребления, снижения потерь при транспортировке и оптимизации затрат на производство энергоресурсов за счет комплексной автоматизации энергетического оборудования. Причем этот «рецепт» подходит как для муниципальных образований (сетей тепло- и водоснабжения), так и для крупных предприятий, производящих и потребляющих различные виды энергоресурсов (природный газ, мазут, пар различных параметров, техническая вода различного назначения, аммиачный холод, технологические газы).

Системы автоматизации, внедряемые ЗАО «НВТ-Автоматика», выполняют все стандартные функции, необходимые для автоматизированных систем управления.

Учет и контроль. С помощью сигналов, поступающих с датчиков, которые измеряют технологические параметры (расход, давление, уровень, ток электродвигателей, потребление электроэнергии и т. п.), а также передают данные о состоянии арматуры и механизмов («включено», «отключено», «открыто», «закрыто» и т. п.), контролируется ход технологических процессов. Информация появляется на рабочем месте оператора как мгновенно – в виде кадров, фиксирующих текущие значения параметров, так и в виде графиков и барограмм, в которых отражены ретроспективные значения измеренных и расчетных параметров. Возможности системы позволяют вести учет израсходованных энергоресурсов по видам и потребителям, контролировать время работы оборудования (для планирования ремонта), анализировать технико-экономические показатели, обнаруживать утечки и повреждения. Полученную информацию и расчетные значения можно использовать в алгоритмах управления. При нарушениях технологического процесса, несанкционированных изменениях в составе работающего оборудования и возникновении неисправностей предусмотрена сигнализация с указанием времени и причины срабатывания.

Дистанционное управление арматурой и механизмами. Открытие, закрытие, пуск, останов арматуры и механизмов производится как по сигналам автоматики (защита, блокировка, логическое управление, регуляторы), так и непосредственно по командам оператора.

Защиты и блокировки. Немаловажной задачей, решаемой с помощью автоматизации, является защита оборудования в нештатных ситуациях и обеспечение безопасности обслуживающего персонала. Анализ аварий, происходящих в котельных и на других газоиспользующих объектах, показывает, что в основном они происходят при повторных розжигах и причиной их становится так называемый человеческий фактор. Алгоритмы блокировок запретят выполнение действий, нарушающих технологический процесс, а алгоритмы защит предотвратят развитие нештатных ситуаций путем своевременного отключения подачи энергоресурсов.

Автоматическое управление. Автоматическое управление оборудованием осуществляется с помощью технологии защит, блокировок, а также с помощью логического управления и регуляторов. Логическое управление позволяет в заданное время без участия персонала производить включение/отключение оборудования и механизмов (в том числе – автоматическое включение резерва). При этом автоматическое регулирование обеспечивают оптимальный ход технологического процесса.

Рассмотрим на примере основных технологических процессов, каким путем можно снизить затраты и потери при производстве и распределении энергоресурсов.

1. Распределение между потребителями. При наличии нескольких потребителей распределение энергетических потоков между ними часто производится без учета изменения соотношения нагрузок в течение суток и сезона работы. Если непрерывно регулировать распределение потоков энергоресурсов, можно значительно повысить энергоэффективность. При большом количестве потребителей регулирование целесообразно производить не по каждому потребителю, а в нескольких узловых точках. Данные для системы регулирования (расход, давление, температура энергоносителей) можно получать из систем коммерческого и технического учета.

2. Транспортировка. Расчетно-диагностическая обработка значений технологических параметров в трубопроводах и линиях передачи энергии во всех узлах и важных промежуточных точках поможет оперативно обнаруживать:
- утечки энергоносителя;
- повреждения теплоизоляции;
- отложения в трубопроводах;
- забивание фильтров;
- отклонение технологических показателей качества энергоносителей.

3. Производство. Используя данные по транспортировке и распределению энергоресурсов, можно своевременно и качественно регулировать, а в аварийных ситуациях – снижать до безопасного уровня или прекращать совсем производство энергоносителей. Применение для автоматизации производства современных программно-технических комплексов позволяет внедрять системы автоматического регулирования сложных технологических установок (котлов, компрессоров, турбин и т. п.):
- регуляторы с корректирующими контурами;
- иерархические каскадные регуляторы;
- многопараметрические регуляторы;
- быстродействующие регуляторы (например, противопомпажные регуляторы компрессоров).

Максимальный экономический эффект от автоматизации производства достигается при использовании алгоритмов группового управления мощностью энергетических установок.

Приведем несколько красноречивых примеров:
- автоматизированное управление группой насосов с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) с плавным регулированием мощности, автоматическим включением/отключением насосов при значительном изменении нагрузки и возможностью переключения ЧРП между насосами;
- управление мощностью компрессоров, работающих на общий коллектор, с учетом индивидуального КПД и текущего положения рабочей точки на характеристике каждого компрессора;
- изменение производительности котлов, работающих на общий коллектор, с учетом индивидуального КПД и текущей нагрузки каждого котла.

Для контроля и управления технологическими процессами на энергетическом оборудовании целесообразно организовать единую диспетчерскую. В диспетчерской должно быть установлено необходимое количество автоматизированных рабочих мест и сервер, обеспечивающий длительное хранение данных о технологических процессах, возможность их контроля, документирования и диагностического анализа. Связь диспетчерской с локальными системами автоматизации должна осуществляться по проводным или беспроводным линиям в зависимости от местных условий.

Создание объединенной диспетчерской позволяет выполнить задачи и внедрить процессы, дающие предприятию серьезные преимущества:
- автоматизированный контроль параметров технологического процесса по всему основному оборудованию с отражением данных на АРМ оператора, регистрацией и архивацией значений, отображением тенденций изменения технологических параметров и сигнализацией;
- мониторинг оперативного баланса;
- оптимизацию распределения нагрузки между группами оборудования;
- сбор и анализ данных от узлов коммерческого и технического учета, выявление потерь от недоучета;
- контроль за фактическими потерями на участках транспортных сетей;
- дистанционное и автоматическое регулирование на узлах транспортных сетей (например, на тепловых пунктах);
- отображение в реальном времени диагностической информации, что позволит операторам и техническому персоналу немедленно принимать меры по локализации и устранению дефектов в работе технологического оборудования и средств автоматизации;
- оптимизацию распределения оперативного и ремонтного персонала.

Ris..png

Рис. Программно-технический комплекс «САРГОН»

Программно-технический комплекс «САРГОН» разработки ЗАО «НВТ-Автоматика» воплощает в себе ряд технологических решений, позволяющих при создании систем комплексной автоматизации снизить совокупную стоимость внедрения:
- высокая помехоустойчивость и широкий температурный диапазон работы контроллеров позволяют отказаться от промежуточных преобразователей, специальных помещений и до­рогих шкафов;
- поддержка распределенных структур с невысокой стоимостью канала ввода/вывода дает возможность резко сократить объем монтажных работ и кабельной продукции;
- схема активного резервирования позволяет одновременно повысить надежность и сократить избыточность резервирования систем;
- автоматизация процесса разработки снижает себестоимость работ по проектированию;
- технология многоэтапного внедрения ускоряет отдачу вложенных денег и позволяет отказаться от применения устаревших средств даже при небольших модернизациях существующего оборудования.

Благодаря указанным решениям стоимость внедрения АСУ ТП при модернизации существующего оборудования сопоставима (а иногда и дешевле!) стоимости замены существовавшей системы контроля и управления на современные показывающе-регистрирующие приборы с локальными средствами автоматизации (микроконтроллерные регуляторы и модули защит). При этом преимущества комплексной автоматизации на единой аппаратно-программной базе неоспоримы.

Не полностью решенными остаются вопросы финансирования и окупаемости внедрения систем автоматизации для повышения энергоэффективности. Согласно Приказу Минэкономразвития России от 17 февраля 2010 г. № 61, внедрение систем автоматизации работы и загрузки котлов, общекотельного и вспомогательного оборудования, автоматизация отпуска тепловой энергии потребителям, внедрение частотно-регулируемого привода электродвигателей тягодутьевых машин и насосного оборудования, снижение энергопотребления на собственные нужды котельных входят в перечень мероприятий в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности, который может быть использован в целях разработки региональных, муниципальных программ в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. В статье 13 Федерального закона РФ от 23 ноября 2009 г. об энергосбережении и энергоэффективности (№ 261-ФЗ) указано, что производимые, передаваемые, потребляемые энергетические ресурсы подлежат обязательному учету с применением приборов учета используемых энергетических ресурсов. В этом же законе описаны условия и возможности энергосервисных договоров (контрактов) для выполнения мероприятий по энергоэффективности. На практике же производители не спешат вкладывать средства в мероприятия, которые могут привести к уменьшению стоимости или количества отпускаемых потребителям энергоресурсов. При этом часто не учитывают, что правильно спроектированные и качественно налаженные системы комплексной автоматизации дают существенный экономический эффект. Этот эффект достигается по следующим позициям:

1. Сокращение затрат на персонал. Автоматизация работы оборудования (в том числе автоматизация включения/отключения оборудования и механизмов) и организация общей диспетчерской позволят сократить персонал, обслуживающий энергетическое оборудование. В зависимости от существующей структуры оперативного и ремонтного персонала сокращение может достигать 15–35 %. Например, для котельных, в которых фонд оплаты труда составляет 25–60 % от себестоимости Гкал, сокращение затрат составит 3,75–21 %.

2. Снижение аварийности. Работа под управлением регуляторов и постоянным контролем защит позволит избежать серьезных аварий. Иными словами, снизится количество пусков/остановов и простоев оборудования из-за поломок. С помощью данных, собираемых диспетчерской, будут определяться порывы транспортных сетей. Даже если не учитывать ущерб от возможных несчастных случаев и разрушения оборудования и сооружений, в зависимости от существующего уровня автоматизации сокращение затрат составит 3–7 %.

3. Повышение экологичности. За счет постоянного контроля и регулирования процессов производства энергоресурсов существенно сократится число выбросов и протечек.

4. Внедрение частотного регулирования на электроприводах механизмов. Внедрение ЧРП снижает потребление электроэнергии. Для дымососов и вентиляторов экономия составляет от 30 до 70 % электроэнергии, идущей на работу этих механизмов. Для насосов экономия меньше, от 10 до 40 %. Кроме того, увеличивается срок службы электродвигателей и пусковой аппаратуры за счет уменьшения пусковых токов.

5. Экономия затрат на производство энергоресурсов за счет точного регулирования. Так, в котельных точное регулирование процессов горения, осуществляемое по сложным алгоритмам, позволит существенно сократить пережог/недожог топлива в переходных и базовых режимах. Погодное и суточное регулирование даст возможность поддерживать температуру теплоносителя и транспортируемой исходной воды согласно заданию, избегая перерасхода тепла (а следовательно, и топлива). Групповое регулирование котлов и котельных в целом позволит избежать введения отдельных котлов в зону неэкономичной нагрузки и сократить потери тепла при транспорте. Регулирование отпуска тепла по группам потребителей избавит от потерь, связанных со слишком сильным отоплением у отдельных потребителей. В сумме эти мероприятия позволят сэкономить от 12 до 30 % топлива в зависимости от существующего уровня автоматизации и структуры тепловых сетей и водозабора.

Кроме того, будет достигнут эффект за счет повышения точности измерений, планирования ремонтов, диагностики оборудования, продления срока службы основного и вспомогательного оборудования.

За 20 лет работы специалисты ЗАО «НВТ-Автоматика» разработали и внедрили в России и за рубежом более 90 систем автоматизации, коммерческого и технического учета. Компания имеет большой опыт создания крупных распределенных систем управления, обладает эффективными программными и аппаратными средствами для решения задач энергосбережения, располагает высококвалифицированным персоналом, имеет все необходимые допуски, разрешения и сертификаты.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(46)_2013

А.А. Мягков, коммерческий директор,
ЗАО «НВТ-Автоматика», г. Москва,
тел.: (495) 361-2334,
e‑mail: mail@nvtav.ru,
www.nvtav.ru