Modernizacja systemu automatyki kotłowni – opis realizacji
Przedmiotem realizacji był kocioł parowy o mocy 50MW i wydajności 50t/h przy ciśnieniu roboczym 4,8MPa i temperaturze 450°C zaprojektowany w technologii ścian szczelnych i wybudowany w zakładzie produkcyjnym branży spożywczej na potrzeby technologii produkcji i wytwarzania energii elektrycznej.
Przedmiotowy kocioł to nowoczesna jednostka charakteryzująca się
- Wysoką sprawnością cieplną;
- Szerokim zakresem wydajności cieplnej;
- Równomiernym doprowadzeniem paliwa (warstwownica z wózkiem rewersyjnym);
- Efektywnym doprowadzeniem powietrza do poszczególnych stref rusztu z podgrzewaczem powietrza;
- Kompleksowym i skutecznym systemem sterowania i zabezpieczeń kotła;
- Instalacją oczyszczania powierzchni grzewczych;
- Instalacją oczyszczania spalin i spełnione normy dotyczące emisji spalin;
- Automatyką pomiarową i systemem sterowania;
Widok na kocioł typu OR50 N
Zakres prac zrealizowany przez MAWOS Sp. z o.o. w projekcie trwającym od stycznia do października 2017 obejmował opracowanie automatyzacji kotła i wykonanie projektu systemu sterowania, uzgodnienia z dozorem technicznym, a następnie oprogramowanie i uruchomienie systemu sterowania kotła.
System sterowania kotła wykonano na bazie systemu ABB Freelance 2013 z redundantną stacją procesową AC900F. Każda ze stacji została wyposażona w zestaw dwóch procesorów komunikacyjnych Profibus DP do komunikacji z modułami wejść/wyjść typu ET200 produkcji Siemens i falownikami typu SINAMICS G120/G150 produkcji Siemens oraz procesor Ethernet do komunikacji z systemem nadrzędnym.
System nadrzędny wykonano z zastosowaniem serwera OPC do wymiany danych z zewnętrznymi układami sterowania oraz Trend serwera. Zawierał jedną dwumonitorową stację operatorską z oprogramowaniem DigiVis zainstalowaną w sterowni zakładu jako podstawowy interfejs do obsługi kotła oraz stację inżyniersko-operatorską systemu ES/OS z oprogramowaniem CBF Pro, Trend serwer i OPC serwer oraz DigiVis Combi. System sterowania kotła został podłączony i zintegrowany z systemem sterowania surownią w systemie Freelance 2013, co umożliwiło odczyt danych z kotłowni w systemie fabryki i odwrotnie.
Widok na ekrany stacji operatorskiej
Należy zaznaczyć, że firma MAWOS Sp. z o.o. posiada doświadczenie i realizacje z wykorzystaniem systemów sterowania w całości korzystających z rozwiązań Siemensa lub innych np. wykorzystujących w warstwie wizualizacji i monitoringu platformę Wonderware.
Funkcje systemu sterowania kotłem:
- zdalne sterowanie urządzeniami,
- monitoring parametrów technologicznych i wizualizacja pracy,
- archiwizacja danych, trendy, alarmy,
- sygnalizacje optyczna i akustyczna stanów ostrzegawczych i awaryjnych,
- automatyczna regulacja pracy kotła i optymalizacja procesu spalania,
- diagnostyka urządzeń kotła,
- uproszczenie i zwiększenie komfortu obsługi.
W systemie opracowano i wdrożono algorytm automatyzacji i optymalizacji procesu spalania kotła zawierający tj.:
- URA poziomu wody w walczaku kotła z kompensacją od ciśnienia w walczaku,
- URA podciśnienia w komorze paleniskowej,
- URA temperatury pary na wylocie z kotła,
- URA ciśnienia pary na wyjściu z kotła,
- URA procesu spalania (z korektą uwzględniającą zawartość tlenu w spalinach),
- URA temperatury spalin na wylocie z kotła.
Niezależnie od systemu sterowania, układ automatyki zabezpieczającej kotła zaprojektowano na bazie sterownika bezpieczeństwa typu FAIL-SAFE CPU 317F-2 PN/DP produkcji Siemens. Jest to nowoczesne rozwiązanie, zatwierdzane przez Urząd Dozoru Technicznego i spełniające wymogi normy IEC61511 „Bezpieczeństwo funkcjonalne – Przyrządowe systemy bezpieczeństwa do sektora przemysłu procesowego”.
Układ bezpieczeństwa z zastosowanym sterownikiem i układem pomiarowym spełnia wymagania dla poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa SIL2 wg IEC61508 i IEC61511 oraz umożliwia realizację podstawowych blokad kotła zgodnie z WUDT oraz PN-EN 12952-16.
Wdrożony w kotłowni system sterowania nowego kotła OR50N stał się bazą do rozbudowy systemu o dalsze instalacje w kotłowni, i tak do systemu sterowania włączone zostały:
- układ sterowania instalacją odpylania,
- układ sterowania poziomem wody w wodniarkach kotłowych,
- opomiarowanie pary do turbiny,
- układ sterowani stacją redukcyjną pary,
- opomiarowanie wagi węgla,
- obliczenia bilansowe.
W krótkiej perspektywie czasowej należy się spodziewać dalszej rozbudowy systemu.
Widok na ruszt i inne elementy kotła
Korzyści z wdrożonego systemu sterowania kotłem są nieocenione.
- Dzięki układom automatycznej regulacji, kocioł płynnie dopasowuje się do zmian obciążenia na fabryce, co ma bezpośrednie przełożenie na płynność gospodarki energetycznej i na sprawność kotła.
- Dzięki zdalnemu sterowaniu urządzeń obsługa kotła jest łatwa i komfortowa, a w sytuacjach nietypowych ingerencja obsługi jest sprawniejsza i szybsza.
- Dzięki nowoczesnej konstrukcji wspartej układami automatycznej regulacji i optymalizacji procesu spalania kocioł może pracować w szerokim zakresie mocy z wysoką sprawnością.
- Dzięki prezentacji graficznej pomiarów w postaci wykresów obsługa ma możliwość bieżącej analizy pracy kotła, tendencji parametrów kotła.
- Dzięki zarchiwizowanym danym i obliczeniom bilansowym użytkownik ma możliwość analiz i optymalizacji pracy kotła i zakładu, co pozwala dostrzec słabe punkty i konieczność modernizacji.
- Dzięki integracji kotłowni z zakładem, obsługa kotła ma podgląd przebiegu procesu produkcyjnego w fabryce i może podjąć z wyprzedzeniem działania zaradcze i korygujące.
- Dzięki automatyce zabezpieczającej realizującej funkcje bezpieczeństwa zgodne z wytycznymi dozoru technicznego i aktualnych przepisów poprawiono bezpieczeństwo kotła, jak również obsługi i środowiska.
- Dzięki modułowej strukturze systemu możliwa jest dalsza rozbudowa systemu bez wymiany wcześniej zainstalowanych podzespołów.
- Dzięki zawansowanej diagnostyce obsługa szybko znajdzie przyczynę usterki, co ma bezpośrednie przełożenie na czas postoju.
- Dzięki automatyzacji kotła użytkownik ma możliwość kontroli obsługi kotła, a dzięki wspomaganiu obsługi przez system sterowania zmniejszyć ilość obsługi.
- Dzięki redundancji stacji procesowych system jest niewrażliwy na awarię sterownika jednostki logicznej.
