Автоматизированные системы управления технологическими процессами электростанций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электромеханики

Реферат по теме

«Автоматизированные системы управления технологическими процессами электростанций»

Выполнил: студент группы Э-319

Юсупов А.И.

Проверил: Федосов Е.М.

Уфа 2021



Введение

Автоматизация остается одной из главных проблем промышленного производства и социальной сферы в различные периоды экономического развития современного общества.

Трудоемкие процессы, связанные с производством и распределением тепловой и электрической энергии на современных ТЭС, в основном механизированы. Труд человека состоит в том, чтобы управлять машинами, механизмами и установками (перемешать регулирующие органы, включать или отключать оборудование и т.п.) и наблюдать за их работой непосредственно или по измерительным приборам.

Однако механизация (даже полная) круглосуточно работающего энергетического оборудования не избавляет человека от утомительного и однообразного труда по управлению основными и вспомогательными установками ТЭС, а что самое главное, не гарантирует их надежной и экономичной работы даже при высокой квалификации эксплуатационного персонала. Это обусловило развитие автоматизации в современной энергетике.

Автоматизацией механизированного производства называют управление машинами, механизмами и установками, а также контроль за их работой с помощью специальных устройств (измерительных приборов, автоматических регуляторов и вычислительных машин) при ограниченном участии человека или без него.

Теплоэнергетика, отличающаяся широкой механизацией технологических процессов, высокими параметрами рабочей среды, требованиями к точности их регулирования, а также наличием собственного источника энергии, является той областью науки и техники, где постоянно находят приложение методы теории и новые технические средства автоматического управления.



АСУ ТП тепловых электростанций

Автоматизированные системы управления технологическими процессами

Оперативно-диспетчерское управление энергооборудованием и контроль наиболее ответственных параметров в АСУ ТП остаются за оперативным персоналом, творчески применяющим новые методы управления и эффективно использующим технические средства автоматизации.

Управление современным предприятием или производственно-промышленным комплексом с непрерывными технологическими процессами выработки продукции предусматривает три вида АСУ, соподчиненных между собой (рис. 1):

- АСУ ТП для решения задач управления в темпе с процессом;

- АСУ производством для оперативно-диспетчерского управления несколькими взаимодействующими технологическими процессами, осуществляющая также расчет укрупненных значений ТЭП, определяющая сроки ремонтов оборудования и выполняющая другие функции производственно-технического характера;

- Автоматизированная система управления предприятием (АСУП), решающая задачи управления в масштабе предприятия в целом (экономическое управление, управление распределением людских и материальных ресурсов и др.)

Рисунок 1 - Схема взаимосвязей автоматизированных систем управления

Автоматизированное управление производством и предприятием можно совмещать в одном центре управления производственно-промышленным комплексом, имеющим в своем составе ЭВМ, на которую возлагаются все перечисленные функции, включая координацию действий АСУ ТП, являющихся подсистемами АСУП.

Отличие АСУ ТП от АСУ производством или АСУ предприятием состоит в функциях управления, связанных с непрерывностью технологических процессов во времени и прекращением процесса выработки продукции при непоступлении сырья в промышленные установки. В связи с этим основная исходная информация в АСУ ТП поступает в виде непрерывных сигналов от первичных измерительных преобразователей (датчиков) физических величин, расположенных на объекте, в то время как в АСУП наряду с укрупненными и усредненными показателями технологического процесса основной исходной информацией служит документ. В результате управление технологическим процессом в АСУ TII может осуществляться без участия человека с помощью локальных (местных) АСР или через специально выделенный контур управления с ЭВМ, в то время как в АСУ производством или предприятием в контур управления непременно включается лицо, принимающее решение (ЛПР).

Несмотря на некоторые различия в функциях управления, в роли и месте человека в системе, все АСУ (любого уровня и ранга) обладают одним общим свойством - они являются системами управления с обратной связью. Это означает, что часть информации с выхода объекта вновь поступает на его вход в виде регулирующих воздействий через автономные автоматические системы или ЭВМ. Другая же часть информации, отображаясь и перерабатываясь в сознании человека, также поступает на вход системы, но в виде осмысленных действий ЛПР.

В связи с развитием комплекса технических средств автоматизации (КТСА) за последние годы возможности АСУ ТП как инструмента управления и исследования необычайно возросли. Однако оснащение АСУ ТП комплексом технических средств служит необходимым, но не достаточным условием его функционирования. При внедрении АСУ ТП в эксплуатацию предусмотрено:

информационное обеспечение, образуемое совокупностью системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации, сигналов, характеризующих состояние ТЭС и отдельных энергоблоков, массивов данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУ ТП ТЭС;

организационное обеспечение, реализуемое наличием совокупности описаний, функциональной, технической и организационной (см. рис. 1.4) структур, инструкций и регламентов для оперативного персонала, обеспечивающих заданное функционирование автоматизированного технологического комплекса;

математическое обеспечение, образуемое наличием совокупности математических методов, моделей и алгоритмов для решения задач управления и обработки информации с применением вычислительной техники;

программное обеспечение, образуемое наличием совокупности программ по реализации всех функций АСУ ТП и предполагаемому развитию системы в направлении расширения состава функций;

пакет прикладных программ, являющихся частью программного обеспечения и представляющих собой совокупность программ, реализующих группу однородных функций и программу их настройки для конкретных объектов ТЭС (котлов, турбин или блоков в целом).

Именно наличие таких компонентов делает автоматизированную систему в целом дееспособной, в особенности на таких сложных объектах, как тепловая блочная электростанция.

Основные вопросы хозяйственной и финансовой деятельности электростанции в настоящее время решают на уровне энергетической системы (снабжение топливом, сбыт готовой продукции - тепловой и электрической энергии, централизованный ремонт энергооборудования и др.). Поэтому на ТЭС ставят задачу создания АСУ предприятием с ограниченными в части решения ряда экономических задач функциями.

Состав функций АСУ ТП ТЭС

Информационные функции АСУ ТП по энергоблокам.

Оперативный контроль технологических параметров. В целях получения информации о ходе технологического процесса предусматривают:

- индивидуальный контроль минимального числа наиболее важных технологических параметров с помощью постоянно включенных показывающих или регистрирующих приборов;

- избирательный контроль;

- множественный контроль (контроль по вызову на аналоговых и цифровых приборах или электронно-лучевых трубках, графическая регистрация на аналоговых приборах и т.п.).

Технологическая сигнализация. В качестве дополнительной информации предусматривают световую и звуковую сигнализацию технологических параметров, вышедших за пределы установленных значений, а также сигнализацию состояния регулирующих и запорных органов и оборудования. Световая сигнализация служит одной из форм множественного контроля и осуществляется на световых табло, встроенных в мнемосхемы ТОУ.

Расчет технико-экономических показателей. Для сопоставления фактических показателей качества технологических процессов с заданными критериями управления предусматривается автоматизированный расчет ТЭП по отдельным агрегатам и по блоку в целом в соответствии с существующими нормами отчетности. Расчеты ведут в темпе с технологическим процессом на основе информации о технологических параметрах. Чтобы получить представительные результаты значений ТЭП, оперативные интервалы расчетов устанавливают равными не менее 15 мин.

Кроме того, значения ТЭП вычисляют в соответствии с интервалами существующих форм отчетности: за смену (8 ч), сутки, месяц, год.

Определение достоверности информации. В целях проверки точности функционирования информационных подсистем предусматривают дополнительный контроль численных значений технологических параметров по важнейшим каналам измерений. Проверку осуществляют сравнением с показаниями дублирующих измерительных систем и приборов или со значениями параметров, полученными на основании косвенных вычислений с помощью ИВК.

Диагностика состояния оборудования. Для предупреждения возможных неполадок в работе энергоблока предусматривают периодический и непрерывный контроль состояния оборудования с помощью оценки отклонений текущих значений параметров от установленных.

Регистрация аварийных положений. В целях обобщения опыта эксплуатации энергоблоков, выявления экономическою ущерба от аварий и предупреждения ошибочных действий оперативного персонала предусматривают специальную регистрацию событий и технологических параметров в аварийных (предаварийных) режимах работы энергооборудования (внезапный сброс электрической нагрузки, непредвиденный останов одного или группы агрегатов и т.п.).

В случае необходимости персоналу представляется информация для анализа причин возникновения и характера развития аварий. Для этого в памяти УВК хранят информацию о событиях и значениях технологических параметров в течение заданного промежутка времени, начиная от момента последнего опроса. В каждом новом цикле представления данных «стирается» информация, вышедшая за пределы интервала Тп и вместо нее заносят вновь полученные сведения. При этом обеспечивается регистрация событий, последовательности и времени срабатывания технологических защит, положения всех контролируемых регулирующих и запорных органов на момент аварий, а также значения важнейших технологических параметров.

Формирование банков данных с наличием информационных поисковых систем (ИКС) для автоматизированного поиска информации, хранящейся на бумажных, магнитных дисковых носителях (НМД), контроль за документацией (внесение изменений, исправлений), связанных со сбором, обработкой и хранением технологической информации.

Функции управлении АСУ ТП по энергоблоку. Статическая оптимизация режимов работы энергооборудования. В целях достижения заданных критериев управления предусмотрены контроль режимов работы оборудования и управление ими.

По котлу - поддержание КПД брутто вблизи оптимального значения сравнением его текущего и расчетного значений. Регулирующим воздействием служит изменение расхода воздуха, подаваемого в топку, например, за счет изменения положения направляющих аппаратов на всасе дутьевых вентиляторов или использования других способов.

По турбине - поддержание КПД нетто турбоустановки вблизи оптимального значения за счет изменения вакуума в конденсаторе. Регулирующим воздействием служит изменение расхода охлаждающей волы в конденсатор. Изменение подачи циркуляционных насосов достигают изменением положения направляющих аппаратов на всасе насосов.

По блоку в целом - поддержание давления перегретого пара перед турбиной, которое может изменяться в заданных пределах в зависимости от нагрузки в регулирующем режиме работы блока. Изменение давления пара достигают, например, (при работе на скользящих параметрах), воздействием на расход топлива, подаваемого в топку котла.

Критериальное упрощение локальными АСУ, обеспечивающими автоматическое ведение технологического процесса по участкам энергоблока (температуре перегрева пара, экономичности процесса горения в топке и др.) реализуют изменением задания но каналам управляющих воздействий в зависимости от изменчивости режимов работы энергоблока по электрической нагрузке, качеству и виду топлива.

Динамическая оптимизация технологических процессов в целях достижения заданных показателей качества переходных процессов предусматривает подстройку динамических параметров регуляторов нижнего уровня. Ее осуществляют при изменениях режимов работы энергоблока (например, при переходе с одного уровня нагрузки на другой) или изменчивости вида динамических характеристик. Существуют следующие способы подстройки:

дистанционный с помощью приспособлений, имеющихся на пульте управления и на регуляторах;

автоматический с помощью УВК, выполняющего функции самонастраивающейся системы.

Переключения и дискретные операции. Достижение заданных критериев управления при переходе с одного уровня электрической или тепловой нагрузки на другой или изменение состава работающего оборудования предусматривает переключения в тепловой или электрической схеме энергоблока. Переключения осуществляют дистанционно или с помощью технических средств дискретной автоматики (устройств логического управления нижнего уровня или дискретных автоматов). В состав операций переключения входят:

открытие или закрытие запорных органов в обусловленной последовательности или же включение (отключение) блокировок;

пуск (останов) вспомогательных агрегатов (резервных, пусковых, дополнительных и т.п.).

Необходимость в автоматических переключениях и дискретных операциях больше всего возникает в пусковых, аварийных или переменных режимах работы оборудования, наиболее тяжелых с точки зрения оперативной загруженности персонала.

Исследование объекта управления предусматривает использование АСУ ТП как инструмента изучения ТОУ, связанного с испытаниями и наладкой тепловою оборудования или же с составлением блочных режимных карт. Для этой цели установлен персональный компьютер с видеомонитором и устройством связи с объектом, печатающее устройство и пакет прикладных программ. Инструментальный компьютер связан с банком блочных данных и другими информационными подсистемам и сетями, в частности с архивной станцией.

Имитация экстремальных условий при проведении противоаварийных тренировок (воспроизведение псевдосрабатываний тепловой зашиты и технологической сигнализации, псевдоотключений механизмов собственных нужд котла и турбины и т.п.). Роль имитатора экстремальных условий выполняет специальный видеодисплей, оснащенный пакетом прикладных программ. Все тренировки персонала на действующем оборудовании строго лимитированы должностными и производственными инструкциями. В прикладных программах предусмотрены соответствующие приоритеты и запреты, исключающие вмешательство автоматических устройств и персонала в технологический процесс.

Информационные функции АСУ ТП по ТЭС. Общестанционный контроль технологических параметров и состояния оборудования. В целях представления информации операторам (дежурному инженеру ТЭС) о ходе технологического процесса и достижения заданных значений технико-экономических показателей ТЭС предусматриваются сбор и переработка информации о состоянии и режиме работы общестанционного технологического оборудования и главной электрической схемы станции.

Расчет общестанционных ТЭП. Осуществляется с различными интервалами времени в зависимости от принятой в энергосистеме отчетности. Полученная информация предоставляется лицам, принимающим решения по управлению ТЭС: дежурному инженеру, начальникам смен (старшим операторам энергоблоков), производственно-техническому отделу и руководству ТЭС.

Контроль достоверности информации общестанционного назначения осуществляется параллельно с расчетом ТЭП ТЭС и отдельных энергоблоков. автоматизированный управление противоаварийный

Регистрация общестанционных аварий. Для обобщения опыта эксплуатации и последующего анализа аварийных ситуаций предусматривается, начиная с момента возникновения аварии, автоматическая регистрация обобщенных показателей ТЭС и технологических параметров, характеризующих состояние оборудования общестанционного назначения.

Обмен оперативно-диспетчерской информацией с АСУ вышестоящих и нижестоящих уровней осуществляют на основе отработанных процедур установления связи, обмена и завершения передачи информации. Обмен информацией происходит непрерывно по важнейшим каналам управлений и измерений и периодически по второстепенным каналам.

Формирование развитых баз данных (БД) с наличием системы управления (СУБД), предназначенной:

для автоматизированною поиска и выдачи необходимой информации;

контроля за документацией;

ведения общестанционного архива, связанного со сбором, обработкой и хранением зарегистрированной технологической информации, поступающей от энергоблоков, вспомогательных служб и установок и вышестоящей подсистемы управления.

Функции управления АСУ ТП по ТЭС состоят в следующем:

оптимальное распределение электрических нагрузок между энергоблоками с помощью УВК общестанционного назначения, определяющего расходные характеристики энергоблоков, их относительные приросты еi, и выполняющего расчет оптимальных приростов мощности по энергоблокам;

оптимальное распределение экологических нагрузок между энергоблоками с помощью общестанционного УВК, определяющего экологические характеристики энергоблоков, относительные приросты массовых выбросов вредных веществ в атмосферу и расчет их абсолютных приростов по отдельным энергоблокам, осуществляющего контроль суммарных выбросов ТЭС и их сопоставление с ВСВ (ПДВ);

выбор состава работающего оборудования энергоблоков в зависимости от заданного графика электрической нагрузки ТЭС с учетом останова и длительности простоев части оборудования и затрат топлива, и электроэнергии на его последующий пуск;

дискретное и непрерывно-дискретное управление вспомогательным оборудованием, образующим функциональные группы и подгруппы обшеблочного и общестанционного назначения (РОУ или БРОУ, установки химической подготовки воды, системы топливоподачи, централизованного циркуляционного водоснабжения и пр.);

выполнение логических операций по переключениям в главной электрической схеме станции воздействием на исполнительные устройства или УЛУ низшего уровня, сочлененных с коммутирующей аппаратурой;

групповое управление автоматическими системами регулирования возбуждения электрических генераторов в целях стабилизации напряжения на выходе отдельных агрегатов и шинах станции.

Наряду с перечисленными функции управления АСУ ТП по энергоблоку дополняют широким кругом задач, выполняемых подсистемами нижнего уровня (АСР, УЛУ, ДУ и ТЗ).

Приведенный перечень информационных и управляющих функций АСУ ТП по энергоблоку и ТЭС может дополняться, развиваться или изменяться в каждом конкретном случае в зависимости от задач эксплуатации и по мере развития вычислительных возможностей программно-технического комплекса (НТК).

Вместе с тем «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РБ» оставляют за АСУ ТЭС при наличии соответствующего программно- технического комплекса и с учетом названных ограничений решение следующих задач производственно-хозяйственного направления; бухгалтерского учета и анализа производственно-технической и хозяйственной деятельности; материально- технического снабжения, обеспечения персоналом, капитального строительства, транспорта, энергоремонта, надежности функционирования энергооборудования и элементов НТК, а также контроля функционирования служб техники безопасности и управления ими, стандартизации и метрологии.

Широкое использование научных и технических достижений в целях автоматизации технологических процессов ТЭС позволит повысить техническую и экономическую эффективность теплоэнергетических установок и успешно решать современные задачи управления.

АСУ ТП гидроэлектростанций

АСУ ТП ГЭС станционного (верхнего) уровня - комплекс программно- технических средств, предназначенный для автоматизации управления и оптимизации эксплуатации оборудования основных и вспомогательных технологических процессов производства и распределения электроэнергии, формирования единой базы данных, хранения и анализа архивной информации, выполнения расчетных задач. Также комплекс является технологической основой для перехода от системы планово-предупредительных ремонтов к системе ремонтов по состоянию за счет глубокой автоматизации оборудования, внедрения систем мониторинга и диагностики.

Объектом управления АСУ ТП ГЭС является гидроэлектростанция со всем основным и вспомогательным оборудованием, гидротехническими сооружениями и электротехническим оборудованием подстанции и распределительных установок. Технологические процессы на ГЭС характеризуются относительной простотой, оборудование обладает высокой маневренностью. Поэтому гидростанции широко используются в энергосистемах как источники пиковой мощности и энергии, отличаются высокой степенью автоматизации основных технологических процессов.

Область применения. Комплекс АСУ ТП ГЭС станционного уровня предназначен для использования как на реконструируемых, так и на вновь возводимых объектах гидроэнергетики. Система управления масштаба станции является единым комплексом высокой степени интеграции, объединяющим в себя все подсистемы выработки и распределения электроэнергии станции, и позволяет. осуществлять управление всеми процессами из единого центра. Интеграция подсистем и ведение общей базы данных позволяет предоставить оператору единый комплексный интерфейс, учитывать взаимные связи и блокировки, производить общую обработку данных различных подсистем, синхронизированных по времени.

Введение данного комплекта повышает надежность и эффективность работы оборудования, а также уменьшает возможность ошибочных действий персонала и улучшает условия работы.

Цели применения системы:

* повышение уровня надежности и безопасности работы оборудования;

* снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций путем предотвращения заведомо неверных действий персонала;

* осуществление оперативного мониторинга и диагностики состояния оборудования, прогнозирования вероятных аварийных ситуаций и определения остаточного ресурса оборудования;

* улучшение условий работы персонала путем создания единого человеко-машинного интерфейса, а также повышение уровня информационной обеспеченности путем внедрения экспертной справочной системы и электронного архива документации;

* повышение уровня экономической эффективности эксплуатации;

* сокращение издержек на планово-предупредительные ремонты и комплексные обследования основного оборудования за счет оптимизации режима его работы и внедрения средств мониторинга и диагностики;

* сокращение времени простоя оборудования при аварийных отключениях за счет повышения информативности о месте и характере дефекта.

Структура комплекса. АСУ ТП ГЭС станционного уровня построена как интегрированный информационно-управляющий комплекс по принципу распределения функций между подсистемами, способными автономно управлять объектом автоматизации.

Верхний уровень включает следующие программно-технические комплексы оперативно-диспетчерского управления нормального и аварийного режимов, средства интеграции с контрольно-измерительными системами и внешними информационными системами:

* средства преобразования и передачи цифровой информации;

* кабельно-коммуникационные средства приема и передачи информации (контроллеры интерфейсов, сетевые адаптеры, концентраторы, кабели и др.);

* средства обработки информации (процессорные платы, модули центральных процессоров);

* средства хранения информации (магнитные и оптические устройства хранения и съема информации);

* средства отображения информации (видеомониторы, мнемощит);

* средства ввода различных директив управления в систему;

* устройства бесперебойного электропитания;

* средства документирования информации;

* система единого времени;

Связь между компонентами системы и другими подсистемами осуществляется посредством высокоскоростной оптоволоконной сети Ethernet TCP/IP, имеющей отказоустойчивую топологию.

Структура системы предусматривает возможность дальнейшего наращивания и расширения состава решаемых задач и выполняемых функций и может варьироваться применительно к особенностям технологического оборудования и составу уже введенных в эксплуатацию подсистем конкретного объекта.

Программное обеспечение АСУ ТП. В состав АСУ ТП ГЭС верхнего уровня входит специализированное прикладное программное обеспечение автоматизации оперативного диспетчерского управления SCADA-система, реализующее функции сбора данных, их графического представления, а также архивацию на базе серверов БД SQL или ORACLE.

SYNDIS RV имеет интуитивно понятный интерфейс, позволяющий оперативному персоналу осуществлять быстрый доступ к необходимой информации. Реализует функции динамического выделения цветом объектов в зависимости от состояния оборудования, визуализацию динамически меняющихся процессов, персональную настройку рабочего экрана оператора и фильтров выбора контролируемых параметров.

SYNDIS RV соответствует следующим принципам построения и функциональным качествам:

модульность всех составляющих, иерархичность ПО и данных;

открытость и простота интеграции (возможность расширения и модификации), использование стандартизованных интерфейсов, форматов файлов, кодировок;

высокое быстродействие, сравнимое со скоростью протекания регистрируемых электрических процессов;

реализация функции цифрового осциллографирования;

возможность создания экранных (мультиэкранных) форм отображения технологической схемы процесса;

фиксация аварийных ситуаций, возникающих в технологическом процессе, и обеспечение возможности информирования оператора о них;

обеспечение механизма формирования отчетности, как периодической, так и по запросу оператора;

возможность реализации алгоритмов управления, включая математические и логические вычисления;

обеспечение связи с контроллерами нижнего уровня;

обеспечение механизма обмена информацией с вышестоящими и внешними информационными системами;

гибкость (возможность внесения изменений и перенастройки);

надежность (соответствие заданному алгоритму, отсутствие ложных действий, защита от разрушения как программ, так и данных);

устойчивость(сбой в работе отдельных приложений не должен приводить к отказам, как системного ПО, так и системы в целом);

унификация решений;

простота и наглядность.



Список литературы

Овчаренко, Н.И. Автоматика энергосистем: учеб.: рек. Мин. обр. РФ / Н.И. Овчаренко; под ред. А.Ф. Дьякова. - М.: Издательство МЭИ, 2009. - 476 с.

Автоматизация настройки систем управления / В.Я. Ротач, В.Ф. Кузищин, А.С. Клюев и др. М.: Энергоатомиздат, 1984.

Долинин И.В., Горожанкий П.А. Опыт разработки и внедрения интегрированной АСУ АСУ ТП ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго» // Теплоэнергетика, 2001. № 10.

Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. - 15-е издание. М.: Энергоатомиэдат, 2001.

Плетнев Г.П., Долинин И.В. Основы построения и функционирования АСУ тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2000.

Размещено на Allbest.ru

...