Автоматизація виробничих процесів створює певні техніко-економічні переваги у всіх галузях сучасного господарства України.
В першу чергу змінюється характер і умови праці на виробництві. Скорочуються до мінімуму трудові затрати, понижується психологічне навантаження працівника, на його долю залишаються лише функції по перенастроювані автоматичних систем на нові режими та участь в ремонтно-налагоджувальних роботах. Зменшується число обслуговуючого персоналу і затрати на його утримання.
Важливе питання автоматизації – встановлення її раціонального рівня та об’єму, який повинен бути економічно обґрунтований, і визначення методів та засобів автоматизації.
Впровадження автоматизації приносить значний економічний ефект за рахунок заощадження енергетичних ресурсів, збільшення виробничих потужностей, підвищення якості продукції.
Головним елементом в структурі систем теплопостачання являється споживач, на задоволення потреб якого і направлене функціонування систем теплозабезпечення.
Основними напрямками автоматизації систем теплопостачання є забезпечення: теплового та санітарно-гігієнічного комфорту споживача; підтримання заданих гідравлічних режимів у різних ділянках системи, які включають захист від аварійних ситуацій; економію палива, тепла і електричної енергії; ефективності, надійності та якості роботи основного обладнання системи.
Системи теплопостачання являються найбільшими споживачами палива в народному господарстві України. Кожного року на теплопостачання витрачаються тисячі тон палива. У зв’язку з цим здійснюються міроприємства, які дозволять економити енергоносії. В основу цих міроприємств входять питання оптимізації процесу спалювання палива, покрашення ізоляції теплотрас, своєчасне подання інформації про вихід з ладу ділянок теплотрас, мінімізація втрат тепла на теплообмінних станціях, зменшення перегріву приміщень, які опалюються. Всі вище перераховані питання можливо впровадити при використанні сучасних систем автоматичного регулювання, вимірювання та захисту.
Важливою особливістю систем теплопостачання являється велика їх довжина, що потребує використання систем телемеханіки та диспетчеризації. Сучасний рівень диспетчеризації неможливо уявити без широкого застосування мережі потужної обчислювальної техніки, у яку надходила б не тільки оперативна інформація, але й інформація про хід процесу за певний проміжок часу.
Необізнаність з можливостями автоматизації інженера-теплотехніка, як замовника системи, в більшості випадків є причиною складання некоректного або нераціонального завдання на розробку систем автоматизації.
В таких випадках навіть висококваліфікованими розробниками систем автоматизації створюються недосконалі, неоптимальні, а часом і морально застарілі системи автоматизації. При значних матеріальних і фінансових затратах замовник не отримує належного економічного ефекту.
Створення оптимальної системи автоматизації відбувається тільки при тісній взаємодії та взаємопорозумінні замовника та розробника і передбачає не пряме впровадження методів та засобів автоматики в той чи інший процес та механізм, а їх тонке переплітання, в окремих випадках зі заміною традиційних технологій та пошуком нових методів та засобів автоматизації.
З метою автоматизації технологічних процесів, що відбуваються в котельних установках, на виробничому підприємстві «ТЕПЛОЕНЕРГО» (м. Полтава) застосовується автоматичний блок керування технологічними процесами БАУ-ТП-1 «Альфа», який адаптується до виконання поставленої задачі не змінюючи при цьому електричної схеми і конструкції самого пристрою.
Цей блок призначений для автоматичного керування тепловою установкою, що працює на газоподібному або рідкому паливі.
Комплект орієнтований на парові (продуктивністю до 2,5 т/год) і водогрійні (потужністю до 3,15 МВт) котли, пальники хлібопекарських печей, печей випалу і сушильних камер, пристрою розпалювання пальників великих промислових установок.
Керуючим блоком комплекту є блок керування «Альфа». Блок являє собою мікроконтролер, що може легко адаптуватися для виконання будь-якої задачі в режимі реального часу. Не змінюючи електричної схеми і конструкції пристрою, змінивши лише керуючу програму, можна одержати новий алгоритм керування технологічним процесом.
Блок, призначений для керування процесами розпалювання і регулювання теплопродуктивності газових або рідинних пальників, забезпечує керування об'єктом у повній відповідності з нормативними вимогами в обсягах, необхідних для найбільш ефективної і безпечної експлуатації устаткування. Забезпечуються автоматичне розпалювання, автоматичне регулювання з підтримкою необхідних співвідношень, у тому числі регулювання співвідношення «газ-повітря» по положенню або по тиску, контроль параметрів з аварійним відключенням у випадку відхилень параметрів за встановлені межі.
У блоці прийняті спеціальні міри, що забезпечують високу завадозахищеність функціонування в умовах промислових перешкод.
Блок дозволяє здійснювати самоконтроль справності, а також змінювати тимчасові, температурні уставки, робити інвертування входів і ін.
Блок може виконувати наступні сервісні функції:
1) некомерційний розрахунок витрати газу, води (при наявності в системі лічильників газу, води з вимірювальною частиною) – м3 і м3/год;
2) розрахунок теплопродуктивності – Гкал і Гкал/год;
3) питома витрата газу – м3/Гкал;
4) розрахунок ККД котла;
5) ведення журналу аварій: запам'ятовування аварійної ситуації з записом дати і часу;
6) підтримка потужності котла в залежності від днів тижня і часу доби;
7) підтримка температури води в системі в залежності від температури зовнішнього повітря.
Зв'язок на великі відстані здійснюється через модеми і телефонну лінію. При цьому на комп'ютер диспетчерського пункту з періодичністю встановлюваною диспетчером передається інформація про стан об'єкта, температур, тисків, витрат і т.д. При наявності аварійної ситуації на об'єкті, блоки передають інформацію про наявність аварії, найменування аварії, на якому блоці відбулася аварія.
Вентилятор створює розрідження в герметичній камері згорання. Потім подається команда на запалювання пальника з допомогою подачі напруги через трансформатор запалювання Тр1 на електрод запалювання. В якості трансформатора запалювання може використовуватися, наприклад, індукційний трансформатор ИВН-ТР, який служить для запалювання палива між електродом і корпусом установки (зовнішній вигляд наведено на рис. 2).
Контроль полум’я пальника здійснюється за допомогою сигналізуючого фотодавача BS, який у випадку зникання полум’я або його передчасної появи видає дискретний або аналоговий сигнал на блок керування, який в свою чергу подає команду на аварійне відключення котлоагрегату за допомогою перекривання клапана-відсікача, який припиняє подачу газу.
Також наявність чи відсутність полум’я можна контролювати, вимірявши температуру вихідних газів (термометр опору ТС (Р6)).
В залежності від температури води на вході в котел (вимірюється з допомогою давача температури ТЕ(Р11)) визначається співвідношення суміші «газ-повітря», яке необхідно подати в камеру згорання, щоб забезпечити необхідну потужність пальника для отримання необхідної температури на виході з котла. Співвідношення суміші «газ-повітря» підтримується за рахунок спеціальних регулюючих засувок, які регулюють витрату повітря та газу і приводиться в дію з допомогою двигуна М, який в свою чергу отримує команди від блоку керування на основі даних від давачів температури та внаслідок обробки алгоритмів, закладених у мікроконтролер.
Також аварійні відключення передбачені при:
– зниженні тиску газу перед клапаном-відсікачем (контролюється за допомогою давача-реле PSA(Р4));
– підвищення тиску газа перед пальником, підвищенння тиску газу в топці котла (РІ(3)),
– підвищення температури води на виході з котла (давачі температури ТЕ (Р1, Р7)),
– зниження тиску повітря після регулюючої заслонки (манометр РІ(Р2) та електроконтактний манометр PSA(Р8)),
– зниження та підвищення тиску води на виході з котла (електроконтактний манометр PSA),
– порушення тяги в димоході (тягонапоромір РІ(5)).
Давачі є невід'ємними елементами сучасного опалювального устаткування. Давач – це вимірювальний перетворювач, за допомогою якого можливо одержати інформацію про процеси, що відбуваються. Знання принципу роботи всіх давачів украй необхідно для роботи сервісного інженера, оскільки практично будь-яка діагностика котла починається саме з перевірки стану і роботи цих елементів.
Давачі – це «нервові закінчення» сучасного котла, що забезпечують узгоджену роботу різних вузлів і складних механізмів опалювального устаткування. Крім цього, давачі допомагають електроніці котла вчасно розпізнати і запобігти аварійним ситуаціям для безпечної експлуатації устаткування. Завдяки давачам електроніка котла одержує необхідну інформацію для керування роботою устаткування і контролю над усіма процесами, що відбуваються в цей час. Функціонально давачі можна розділити на три групи: запобіжні, вимірювальні і давачі режиму роботи. Розглянемо докладніше особливості кожної з цих груп.
Стежать за тим, щоб вчасно відключити котел у випадках:
– перегріву теплообмінника;
– поганої тяги в димоході;
– низького тиску в системі опалення;
– порушення в системі димовидалення в турбокотлах;
– зникання чи передчасна поява полум’я пальника.
Тому зазначені давачі називають ще і давачами безпеки. До них можна віднести: термостати диму і перегріву, пресостат і реле тиску.
Відбуваються захисні відключення за наступним алгоритмом. Відповідний регулятор по сигналу про зміну відповідного параметра з’єднує напірну імпульсну магістраль зі скидною магістраллю, призводячи тим самим до відсічки газу. Дзвінок Н інформує оператора про відключення котла звуковим сигналом.