Автоматизація котельних установок: опис, пристрій і схема

Для регулювання та оптимізації функціонування котлових агрегатів технічні засоби стали застосовуватися ще на початкових етапах автоматизації промисловості і виробництва. Сьогоднішній рівень розвитку цього напряму дозволяє значно підвищити рентабельність і надійність котельного обладнання, забезпечити безпеку та інтелектуалізацію праці обслуговуючого персоналу.

Задачі і цілі

Сучасні системи автоматизації котелень здатні гарантувати безаварійну та ефективну експлуатацію обладнання без безпосереднього втручання оператора. Функції людини зводяться до онлайн-моніторингу працездатності та параметрів всього комплексу пристроїв. Автоматизація котелень вирішує наступні завдання:

Автоматичний запуск і зупинка котлоагрегатів.

Регулювання потужності котлів (управління каскадом) згідно заданих первинним налаштувань.

Управління підживлюючими насосами, здійснення контролю рівнів теплоносія в робочому і споживчому контурах.

Аварійний останов і включення сигналізуючих пристроїв, в разі виходу робочих системи значень за встановлені межі.

Об'єкт автоматизації

Котельне обладнання як об'єкт регулювання є складною динамічною системою з безліччю взаємопов'язаних вхідних і вихідних параметрів. Автоматизація котелень ускладнюється тим, що в парових агрегатах дуже великі швидкості протікання технологічних процесів. До основних регульованих величин відносять:

витрата і тиск теплоносія (води або пари);

розрядження в топці;

рівень в живильному резервуарі;

в останні роки підвищені екологічні вимоги пред'являються до якості готується паливної суміші і, як наслідок, до температури та складу продуктів димовидалення.

Рівні автоматизації

Ступінь автоматизації визначається при проектуванні котельні або при капітальному ремонті/заміну обладнання. Може лежати в діапазоні від ручного регулювання за показаннями контрольно-вимірювальних приладів до повністю автоматичного управління з погодозалежним алгоритмами. Рівень автоматизації в першу чергу визначається призначенням, потужністю і функціональними особливостями експлуатації обладнання.


Сучасна автоматизація роботи котельні передбачає комплексний підхід - підсистеми контролю та регулювання окремих технологічних процесів об'єднуються в єдину мережу з функціонально-груповим керуванням.

Загальна структура

Автоматизація котелень вибудовується за дворівневою схемою управління. До нижнього (польовому) рівня відносяться прилади локальної автоматики на базі програмованих мікроконтролерів, що реалізують технічну захист та блокування, регулювання та зміна параметрів, первинні перетворювачі фізичних величин. Сюди ж зараховують і обладнання, призначене для перетворення, кодування і передачі інформаційних даних. Верхній рівень може бути представлений у вигляді графічного терміналу вбудованого в шафу управління або автоматизованого робочого місця оператора на базі персонального комп'ютера. Тут відображається вся інформація, що надходить від мікроконтролерів нижнього рівня і датчиків системи, і проводиться введення оперативних команд, регулювань і уставок. Крім диспетчеризації процесу вирішуються завдання оптимізації режимів, діагностики технічного стану, аналізу економічних показників, архівації та зберігання даних. При необхідності інформація передається в загальну систему управління підприємством (MRP/ERP) або населеним пунктом.

Автоматизація котельного обладнання

Сучасний ринок широко представлений окремими приладами і пристроями, так і комплектами автоматики вітчизняного та імпортного виробництва для парових і водогрійних котлів. До засобів автоматизації відносять:

обладнання керування розпалом і наявності полум'я запуску і контролює процес горіння палива в топковій камері котлоагрегату;

спеціалізовані сенсори (тягонапоромери, датчики температури, тиску, газоаналізатори і т. д.);

виконавчі пристрої (електромагнітні клапани, реле, сервоприводи, частотні перетворювачі);

панелі керування котлами і загальнокотельного обладнання (пульти, сенсорні мнемосхеми);

шафи комутації, лінії зв'язку і енергозабезпечення.

При виборі технічних засобів управління і контролю найбільш пильну увагу слід приділити автоматики безпеки, що виключає виникнення нештатних і аварійних ситуацій.

Підсистеми та функції

Будь-яка схема автоматизації котельної включає в себе підсистеми контролю, регулювання і захисту. Регулювання здійснюється шляхом підтримки оптимального режиму горіння завданням розрядження в топці, витрати первинного повітря і параметрів теплоносія (температури, тиску, витрат). Підсистема контролю виводить фактичні дані про функціонування обладнання на людино-машинний інтерфейс. Прилади захисту гарантують запобігання аварійних ситуацій при порушенні нормальних умов експлуатації, подачу світлового, звукового сигналу або зупинку котлоагрегатів з фіксацією причини (на графічному табло, мнемосхемі щиті).

Комунікаційні протоколи

Автоматизація котельних установок на базі мікроконтролерів зводить до мінімуму використання в функціональній схемі релейних комутацій і контрольних електроліній. Для зв'язку верхнього і нижнього рівнів АСУ, передачі інформації між датчиками і контролерами, для трансляції команд на виконавчі пристрої використовують промислову мережу з певним інтерфейсом і протоколом передачі даних. Найбільше поширення отримали стандарти Modbus і Profibus. Вони сумісні з основною масою устаткування, використовуваного для автоматизації об'єктів теплопостачання. Відрізняються високими показниками достовірності передачі інформації, простими і зрозумілими принципами функціонування.

Енергозберігаючі та соціальні ефекти автоматизації

Автоматизація котелень повністю виключає можливість аварій з руйнуванням капітальних будівель, загибеллю обслуговуючого персоналу. АСУ здатна цілодобово забезпечити нормальне функціонування устаткування, звести до мінімуму вплив людського фактора. У світлі безперервного зростання цін на паливні ресурси не останнє значення має енергозберігаючий ефект автоматизації. Економія природного газу, досягає до 25 % за опалювальний сезон, забезпечується:

оптимальним співвідношенням "газ/повітря" в паливної суміші на всіх режимах роботи котельні, корекцією за рівнем змісту кисню в продуктах згоряння;

можливістю індивідуального налаштування не тільки котлів, але і газопальникових пристроїв;

регулюванням не тільки по температурі і тиску теплоносія на вході і виході котлів, але і з урахуванням параметрів навколишнього середовища (погодозалежній технології).

Крім того, автоматика дозволяє реалізувати енергоефективний алгоритм опалення нежитлових приміщень або будівель, які не використовуються у вихідні та святкові дні.