Katlu iekārtu automatizācija: apraksts, ierīce un diagramma

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Lai regulētu un optimizētu katlu agregātu darbību, tehniskie līdzekļi tika izmantoti jau rūpniecības un ražošanas automatizācijas sākumposmā. Pašreizējais attīstības līmenis šajā jomā var būtiski palielināt katlu iekārtu rentabilitāti un uzticamību, nodrošināt apkopes personāla darba drošību un intelektualizāciju.

Mērķi un mērķi

Mūsdienīgas katlu telpas automatizācijas sistēmas spēj garantēt bez traucējumiem un efektīvu iekārtu darbību bez tiešas operatora iejaukšanās. Cilvēka funkcijas tiek samazinātas līdz visa ierīču kompleksa veiktspējas un parametru tiešsaistes uzraudzībai. Katlu māju automatizācija atrisina šādus uzdevumus:

• Automātiska apkures katlu iedarbināšana un apturēšana.
• Katla jaudas regulēšana (kaskādes vadība) atbilstoši dotajiem primārajiem iestatījumiem.
• Padeves sūkņu vadība, līmeņu kontroledzesēšanas šķidrums darba un patērētāju ķēdēs.
• Avārijas apturēšana un signalizācijas ierīču aktivizēšana, ja sistēmas darbības vērtības pārsniedz noteiktos ierobežojumus.

Automatizācijas objekts

Katlu aprīkojums kā regulēšanas objekts ir sarežģīta dinamiska sistēma ar daudziem savstarpēji saistītiem ievades un izvades parametriem. Katlu māju automatizāciju apgrūtina fakts, ka tehnoloģisko procesu ātrums tvaika agregātos ir ļoti augsts. Galvenās regulējamās vērtības ir:

• dzesēšanas šķidruma (ūdens vai tvaika) plūsmas ātrums un spiediens;
• izlāde krāsnī;
• barošanas tvertnes līmenis;
• Pēdējos gados tiek izvirzītas paaugstinātas vides prasības sagatavotā degmaisījuma kvalitātei un līdz ar to arī dūmu izplūdes produktu temperatūrai un sastāvam.

Automatizācijas līmeņi

Automatizācijas pakāpe tiek noteikta, projektējot katlu māju vai veicot kapitālremontu/iekārtu nomaiņu. Tas var būt no manuālas vadības saskaņā ar instrumentu indikācijām līdz pilnībā automātiskai vadībai saskaņā ar laikapstākļiem atkarīgiem algoritmiem. Automatizācijas līmeni galvenokārt nosaka iekārtas darbības mērķis, jauda un funkcionālās īpašības.

Mūsdienīga katlu telpas automatizācija paredz integrētu pieeju - atsevišķu tehnoloģisko procesu uzraudzības un regulēšanas apakšsistēmas tiek apvienotas vienotā tīklā ar funkcionālugrupas kontrole.

Kopējā struktūra

Katlu māju automatizācija ir veidota uz divu līmeņu vadības shēmas. Apakšējā (lauka) līmenī ietilpst lokālās automatizācijas ierīces, kuru pamatā ir programmējami mikrokontrolleri, kas realizē tehnisko aizsardzību un bloķēšanu, parametru regulēšanu un maiņu, primāros fizisko lielumu pārveidotājus. Tas ietver arī aprīkojumu, kas paredzēts informācijas datu konvertēšanai, kodēšanai un pārsūtīšanai.

Augšējo līmeni var attēlot kā grafisko termināli, kas iebūvēts vadības skapī, vai kā operatora darbstaciju, kuras pamatā ir personālais dators. Tas parāda visu informāciju, kas nāk no sistēmas zemākā līmeņa mikrokontrolleriem un sensoriem, un ievada darbības komandas, regulējumus un iestatījumus. Papildus procesu nosūtīšanai tiek risināti režīmu optimizācijas, tehniskā stāvokļa diagnostikas, ekonomisko rādītāju analīzes, datu arhivēšanas un uzglabāšanas uzdevumi. Ja nepieciešams, informācija tiek pārsūtīta uz uzņēmuma vai apdzīvotās vietas vispārējo vadības sistēmu (MRP/ERP).

Katlu aprīkojuma automatizācija

Mūsdienu tirgu plaši pārstāv gan atsevišķi instrumenti un ierīces, gan pašmāju un ārzemēs ražoti automatizācijas komplekti tvaika un karstā ūdens katliem. Automatizācijas rīkos ietilpst:

• aizdedzes un liesmas kontroles iekārtas, iedarbināšanas unkontrolējot degvielas sadegšanas procesu katla bloka sadegšanas kamerā;
• specializēti sensori (vilces un spiediena mērītāji, temperatūras un spiediena sensori, gāzes analizatori utt.);
• izpildmehānismi (solenoīda vārsti, releji, servo piedziņas, frekvences pārveidotāji);
• vadības paneļi katliem un vispārējai katlu iekārtai (paneļi, skārienekrāni);
• sadales skapji, sakaru līnijas un barošanas avots.

Izvēloties vadības un uzraudzības tehniskos līdzekļus, vislielākā uzmanība jāpievērš drošības automātikai, kas izslēdz avārijas un avārijas situāciju rašanos.

Apakšsistēmas un funkcijas

Jebkura katlu telpas automatizācijas shēma ietver vadības, regulēšanas un aizsardzības apakšsistēmas. Regulēšana tiek veikta, saglabājot optimālo sadegšanas režīmu, iestatot vakuumu krāsnī, primārā gaisa plūsmas ātrumu un dzesēšanas šķidruma parametrus (temperatūra, spiediens, plūsmas ātrums). Vadības apakšsistēma izvada faktiskos datus par iekārtas darbību cilvēka un mašīnas saskarnē. Aizsardzības ierīces garantē avārijas situāciju novēršanu normālu ekspluatācijas apstākļu pārkāpuma gadījumā, gaismas, skaņas signāla padevi vai katla agregātu izslēgšanu ar iemesla fiksāciju (grafiskā displejā, mnemoniskā diagrammā, vairogā).

Saziņas protokoli

Katlu iekārtu automatizācija, kuras pamatā ir mikrokontrolleri, samazina to izmantošanu funkcionālajā jomāreleju komutācijas un vadības elektropārvades līniju diagramma. Lai savienotu automatizētās vadības sistēmas augšējo un apakšējo līmeni, pārsūtītu informāciju starp sensoriem un kontrolieriem, komandu tulkošanai uz izpildmehānismiem, tiek izmantots industriālais tīkls ar noteiktu saskarni un datu pārraides protokolu. Visplašāk izmantotie standarti ir Modbus un Profibus. Tie ir saderīgi ar lielāko daļu apkures iekārtu automatizēšanai izmantoto iekārtu. Tās izceļas ar augstu informācijas pārsūtīšanas uzticamības līmeni, vienkāršiem un saprotamiem darbības principiem.

Enerģijas taupīšana un automatizācijas sociālā ietekme

Katlu māju automatizācija pilnībā izslēdz negadījumu iespējamību ar kapitālo ēku iznīcināšanu, apkalpojošā personāla nāvi. ACS spēj nodrošināt normālu iekārtu darbību visu diennakti, līdz minimumam samazinot cilvēciskā faktora ietekmi.

Ņemot vērā nepārtraukto degvielas resursu cenu kāpumu, automatizācijas enerģijas taupīšanas efekts nav ne mazāk svarīgs. Dabasgāzes ietaupījumu, sasniedzot līdz 25% apkures sezonā, nodrošina:

• optimāla "gāzes/gaisa" attiecība kurināmā maisījumā visos katlumājas darbības režīmos, korekcija pēc skābekļa satura līmeņa sadegšanas produktos;
• iespēja pielāgot ne tikai apkures katlus, bet arī gāzes degļus;
• regulējot ne tikai dzesēšanas šķidruma temperatūru un spiedienu katlu ieplūdes un izplūdes atverē, bet arī ņemot vērā vides parametrus(ar laikapstākļiem kompensēta tehnoloģija).

Turklāt automatizācija ļauj ieviest energoefektīvu algoritmu nedzīvojamo telpu vai ēku, kas netiek izmantotas brīvdienās un svētku dienās, apkurei.