В 2010 г. обратились ко мне за помощью. Нужно было модернизировать (усовершенствовать) управление котельной в здании Еврейского культурного центра.
Котельная состоит из 3-х газовых котлов производства Ferroli, марки PEGASUS. Два котла все время в работе, один котел резервный.
Схема котельной содержит циркуляционные насосы, гребенки, реле давления, манометры, задвижки, теплообменники, и многое другое.
С технической точки зрения выполнять модернизацию чего-либо предоставляется несколько сложнее, чем осуществить задуманное "с нуля", поскольку нужно:
- разобраться в алгоритме работы существующей системы
- разработать новую подсистему, т.е. модернизацию
- связать новую подсистему с прежней системой
Суть модернизации
Каждый котел управлялся вот таким прибором (на фото вмонтированный в котел прибор черного цвета с красными и зелеными цифрами на табло). Для специалистов напишу – да, это регулятор температуры "Овен". Не я его туда вмонтировал, кто-то до меня).
Когда недостаточно было мощности одного котла для отопления, оператор вручную запускал второй котел и настраивал его мощность. В результате из-за ручного управления либо недостаточно отапливались помещения, либо, наоборот, в систему отопления подавалось чересчур много тепла, что несло экономические убытки.
Этапы работ
Для монтажа электропроводки в квартире или сборки щита алгоритм действий понятен и такую работу можно не разбивать на множество этапов. В случае котельной некорректно поставленные задачи могут привести к мягко говоря некачественному результату. Поэтому на данном объекте все дальнейшие действия я разделил на этапы. Кстати, в программировании, тактика идентична: сложную и объемную задачу разбивай на простые и маленькие.
- Разработка принципиальной электрической схемы щита
- Разработка схемы соединений кабельных линий и электрощита
- Разработка программы для контроллера в программной среде "Kongraf"
- Разработка системы интернет-диспетчеризации в программе "Kontar-Scada"
- Монтажные работы на объекте (ведутся паралельно с другими этапами)
- Пусконаладочные работы на объекте
Контроллер
На этот раз применил ПЛК (программируемый логический контроллер) фирмы МЗТА, который входи в программно-технический комплекс Контар. Больше информации о контроллере на сайте МЗТА.
Разработал электрическую схему подключения контроллера:
Аварийные ситуации
Газовая котельная – ответственный объект. В аварийных или предаварийных ситуациях автоматика должна отработать со 100% надежностью. Вот список возможных аварий, при которых контроллер управляет исполнительными устройствами для предотвращения дальнейших последствий:
№ п/п |
Авария |
Действия при аварии |
|
1 |
Низкое давление газа |
Выключить котлы. |
|
2 |
Высокое давление газа |
Выключить котлы. |
|
3 |
Пожар, загазованность |
Общая авария (на DO4 «лог 1»). |
|
4 |
Низкое давление общего теплоносителя |
Выключить котлы. Выключить все насосы. |
|
5 |
Низкое давление системы отопления корпуса «А» |
Выключить насосы отопления корпуса «А». Выключить насосы отопления корпуса «Б». (Т.к. используется один дискретный выход на насосы двух контуров.) |
|
6 |
Низкое давление системы отопления корпуса «Б» |
||
7 |
Низкое давление системы вентиляции |
Выключить насосы вентиляции.
|
|
8 |
Низкое давление системы ГВС |
Выключить насосы ГВС. |
|
9 |
Низкое давление системы ХВС |
Только сигнализация. |
|
10 |
Авария насосов котлового контура |
Выключить котлы.
|
|
11 |
Авария насоса подпитки |
Выключить котлы. Выключить все насосы. |
|
12 |
Длительная работа насоса подпитки |
> … мин – выключить котлы. Выключить все насосы.
|
|
13 |
Отсутствие питания |
Общая авария (на DO4 «лог 1»). Выключить все насосы |
|
14 |
Авария котла 1 |
Выключить котел 1. Сделать ведущим котел 2. |
|
15 |
Авария котла 2 |
Выключить котел 2. Сделать ведущим котел 1. |
|
16 |
Авария котла 3 |
Только сигнализация. |
|
17 |
Высокая температура общего теплоносителя (>90) |
Выключить котлы.
|
|
18 |
Большая разность температур Тпод-Тобр>35 котлового контура |
Выключить котлы.
|
|
19 |
Обрыв датчиков темппера- туры |
наружного воздуха |
запретить погодный график для котлов и системы отопления; заданную температуру определять по ручным уставкам оператора |
общей подачи |
Выключить котлы.
|
||
общей обратки |
Выключить котлы.
|
||
подачи отопления 1 |
Закрыть клапан отопления 1 |
||
подачи отопления 2 |
Закрыть клапан отопления 2 |
||
подачи ГВС |
Закрыть клапан ГВС |
||
20 |
Обрыв связи МС 8.1- МЕ4 |
Общая авария (на DO4 «лог 1»). |
Программа
Как и в случае автоматизации фонтана программу разрабатывал на языке FBD, что значит язык функциональных блоков.
Фрагмент программы, реализующий таблицу аварий:
Фрагмент программы, реализующий управление насосами котельной – отопления, котловыми и насосом горячего водоснабжения (ГВС):
Дальше самое интересное – удаленное управления котельной.
Интернет-диспетчеризация котельной
Пускай не обижаются на меня операторы котельной, которые лишились работы после автоматизации (. Правда жизни такова, что роботы заменяют людей. Для мониторинга ситуации на объекте и изменения основных параметров котельной потребовалось разработать т.н. SCADA-систему котельной. Все данные с котельной посредством интернет-технологий передаются на сервер, на котором "крутится" визуализация котельной. Оттуда можно и управлять котельной, например, поменять значение регулятора темпратуры или параметры графика отопления. Подробнее по разработку интернет-диспетчеризации можно ознакомится на сайте МЗТА. (Не реклама, для интересующихся)
Ниже представлены скриншоты реально работающей системы диспетчеризации:
Главное окно системы диспетчеризации:
Отображаемые дискретные параметры:
– котел №1 включен/отключен;
– котел №2 включен/отключен;
– насос отопления корпуса А включен/отключен;
– насос отопления корпуса Б включен/отключен;
– насос циркуляции горячей воды через теплообменник включен/отключен.
Отображаемые аналоговые параметры:
– температура воды на выходе котлов;
– температура воды на входе котлов;
– температура наружного воздуха;
– текущая температура воды на подаче системы отопления корпуса А;
– заданная температура воды на подаче системы отопления корпуса А;
– текущая температура воды на подаче системы отопления корпуса Б;
– заданная температура воды на подаче системы отопления корпуса Б;
– текущая температура на подаче системы горячего водоснабжения;
– время работы котла №1;
– количество включений котла №1;
– время работы котла №2;
– количество включений котла №2.
Окно настройки графика отопления
Настройки системы отопления одинаковы для систем отопления корпуса А и корпуса Б.
В этом окне также предусмотрена настройка ночного снижения температуры отопления. Причинами снижения заданных температур систем отопления являются отсутствие людей в ночное время (нежилое здание), а также необходимость в экономии энергоресурсов (газа). В жилых домах также осуществляется ночные снижения отопления не только в целях экономии, а и для обеспечения более комфортного климата в комнатах (для человека полезнее и комфортнее спать при температуре воздуха не более 20 ºС).
Окно настроек регуляторов систем отопления
Окно предназначено для наладочного персонала (рис.4). В окне представлены параметры ПИ-регуляторов и индикации работы электроприводов регулирующих клапанов систем отопления.
При движении клапана в сторону открытия или закрытия соответствующий индикатор становится зеленым. Однако, ввиду того, что импульсы, поступающие на элетроприводы кратковременные, а также учитывая скорость передачи данных по сети интернет, индикаторы могут подсвечиваться зеленым цветом редко. Настройки регуляторов устанавливаются один раз при наладке системы и обычно не требуют изменения в дальнейшем.
Выгоды от модернизации системы управления котельной
- благодаря внедрению системы погодного регулирования температура воды в систему отопления поступает в соответствии с графиком отопления. Это значит, что чем холоднее на улице, тем теплее теплоноситель, тем самым температура в помещении поддерживается на одной отметке, несмотря на колебания температуры на улице.
- благодаря централизованному управлению котлами (т.н. «каскадное» управление котлами) оператор не вмешивается в процесс, что позволяет добиться точного поддержания температуры в системе отопления, тем самым не нести теплотехнических и экономических потерь.
- мониторинг процессов осуществлялся посредством внедрения системы визуализации. Тем самым персонал и вышестоящее руководство могли в любой момент через интернет просмотреть текущие параметры котельной и даже выполнить управление