Компания ПРОЕКТ-П в августе 2014г. для МУП "Вологдагортеплосеть" разработала и внедрила на газовой котельной (г.Вологда, ул.Пролетарская, д.73А) автоматизированную систему управления сетевыми насосами. Автоматизированная система управления насосами теплосети управляет семью сетевыми насосами посредством частотных преобразователей и поддерживает постоянный перепад давления воды в теплосети на выходе газовой котельной.

Функциональные требования к системе управления сетевыми насосами:
1. Частотное управление семью сетевыми насосами (ПИД-регулирование).
2. Поддержание перепада давления воды на выходе газовой котельной с точностью 0.1 Бар.
3. Каскадное управление сетевыми насосами (подключение/отключение дополнительных насосов при увеличении/уменьшении расхода сетевой воды).
4. Обеспечение одинаковой наработки насосов.
5. Контроль аварий и обратных связей частотных преобразователей.
6. Контроль неисправностей датчиков давления.
7. Светозвуковое оповещение операторов при аварийных ситуациях.
8. Автоматическое и ручное управление насосами, а также контроль параметров насосной станции посредством сенсорной панели оператора.
9. Регистрация по времени уставки и значения перепада давления на выходе котельной, значений давления воды на входе и выходе котельной на USB-флеш-накопитель, а также отображение соответствующих графиков на панели оператора.
10. Запись событий (действия оператора, аварийные события) на USB-флеш-накопитель, а также отображение журнала событий на панели оператора.
11. Возможность подключения АСУ к SCADA системе верхнего уровня автоматизации по протоколу Modbus-TCP.

Объектом автоматизации является газовая котельная тепловой мощностью 25 МВт. В котельной установлены семь сетевых насосов WILO BL65/220 мощностью 33 кВт каждый. Минимальный расход теплоносителя в летний период составляет 65 м3/час, максимальный расход теплоносителя в зимний период составляет 280 м3/час. Изначально, перепад давления в котельной регулировался в ручную путем подключения/отключения насосов оператором котельной, а также с помощью запорно-регулирующей арматуры. Внедрение автоматизированной системы частотного управления сетевыми насосами позволило значительно сэкономить электроэнергию, оптимизировать процесс теплоснабжения, а также исключить влияние человеческого фактора на технологический процесс. АСУ состоит из щита управления, семи частотных преобразователей и четырех датчиков давления сетевой воды (два датчика давления установлены на входе котельной, два датчика — на выходе котельной).

Щит управления автоматизированной системы управления сетевыми насосами разработан на базе программируемого логического контроллера PFC200 (операционная система Linux) и модулей ввода-вывода производства WAGO. Контроль и управление технологическим процессом осуществляется посредством цветной сенсорной панели оператора 7″ Weintek MT6070iE. Щит управления имеет собственный источник бесперебойного питания 24В MeanWell UPS40, который обеспечивает бесперебойную работу щита управления при кратковременных отключениях электроэнергии. Перед вводным автоматом в щите управления установлено устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), которое защищает оборудование щита управления от импульсных перенапряжений в питающей сети. Для сигнализации аварийных ситуаций на щит управления установлены светосигнальный маяк и звуковой оповещатель. Контроллер PFC200 управляет семью частотными преобразователями: выдает на частотный преобразователь дискретный сигнал ПУСК/СТОП, аналоговый сигнал 4-20мА задания частоты вращения, принимает от частотного преобразователя дискретные сигналы «РАБОТА» и «АВАРИЯ».

Основное оборудование щита управления:
— программируемый логический контроллер Wago PFC200 750.8202 — 1шт.;
— модуль дискретного ввода Wago 750.1405 — 1шт.;
— модуль дискретного вывода Wago 750.1505 — 1шт.;
— модуль дискретного вывода Wago 750.531 — 1шт.;
— модуль аналогового ввода Wago 750.455 — 1шт.;
— модуль аналогового вывода Wago 750.555 — 2шт.;
— панель оператора Weintek MT6070iE — 1шт.;
— блок питания MeanWell DR-75-24 — 1шт.;
— источник бесперебойного питания MeanWell DR-UPS40 — 1шт.;
— УЗИП ABB OVR T1+2 15 255 7 — 1шт.

Щит управления является универсальным щитом и разработан для управления восемью сетевыми насосами (восемью частотными преобразователями). Каждый сетевой насос может быть включен или исключен из схемы управления через интерфейс панели оператора. Управление сетевыми насосами осуществляется посредством сенсорной панели оператора.

Описание графического интерфейса панели оператора:
Главное меню панели оператора состоит из пяти пунктов: УПРАВЛЕНИЕ, АВАРИИ, ЖУРНАЛ, ГРАФИКИ, СИСТЕМА.
При нажатии кнопки "УПРАВЛЕНИЕ" открывается экран УПРАВЛЕНИЕ, на котором отображаются индикаторы сетевых насосов (состояния: остановлен, запущен, авария, не активен), индикаторы "РАБОТА" и "АВАРИЯ", управляющие кнопки "ПУСК", "СТОП", "СБРОС", кнопка возврата в главное меню панели оператора "МЕНЮ", таблица значений параметров технологического процесса: давление воды на входе и выходе котельной, перепад давления, уставка перепада давления, а также бегущая строка активных аварий технологического процесса.
При нажатии на кнопку "АВАРИИ" главного меню открывается экран АВАРИИ, который содержит три страницы. На страницах экрана АВАРИИ отображаются индикаторы аварий. При активной аварии текст индикатора аварии отображается желтым цветом, а фон мигает красным цветом.
При нажатии на кнопку "ЖУРНАЛ" открывается экран ЖУРНАЛ, на котором отображается хронология событий автоматизированной системы управления в соответствие с индексом архива. Панель оператора хранит историю событий в ежедневной базе на USB-флеш-накопителе в файлах EL_ггггммдд.evt, где ггггммдд показывает год, месяц и день создания файла. Имя файла формируется автоматически.
При нажатии на кнопку "ГРАФИКИ" открывается экран ГРАФИКИ, на котором отображаются графики зависимости давления воды на входе и выходе котельной, уставка и значение перепада давления от времени в соответствие с индексом архива. На экране ГРАФИКИ в правом нижнем углу расположена кнопка свойств графиков, при нажатии на которую открывается окно ГРАФИКИ — СВОЙСТВА. На экране ГРАФИКИ — СВОЙСТВА задается видимость графиков, а также размер оси времени. Панель оператора сохраняет графики давлений в ежедневную базу на USB-флеш-накопитель в файлы Parameters_ггггммдд.dtl, где ггггммдд показывает год, месяц и день создания файла. С помощью программы Weintek EasyConverter производится конвертирование файлов журнала событий (*.evt) и графиков параметров (*.dtl) в таблицы формата Microsoft Excel.
При нажатии на кнопку "СИСТЕМА" открывается экран СИСТЕМА, который состоит из восьми страниц. Доступ к экрану СИСТЕМА защищен паролем. На странице Датчики давления задается активность двух датчиков давления воды на входе- и двух датчиков воды на выходе- газовой котельной, отображаются значения датчиков давления, выводится усредненный перепад давления, а также задаются настройки операции усреднения. На странице ПИД-регулятор ведущего насоса задаются коэффициенты ПИД-регулирования частоты вращения ведущего насоса. На страницах Управление насосами задается логика управления ведомыми насосами, верхний и нижний пределы частоты вращения ведущего насоса, при которой производится подключение/отключение ведомого насоса, нижний и верхний пределы вращения ведомого насоса, период переключения ведущего насоса, время задержки подключения/отключения ведомого насоса, а также время разгона и торможения ведомого насоса. На странице Активность и наработка насосов задается активность насосов, а также отображается время наработки каждого насоса. На странице Аварии по давлению воды задаются врехний и нижний пределы давления воды на входе и выходе котельной, перепада давления, верхний предел разности показаний датчиков давления, установленных на одном трубопроводе, а также время проверки аварий по давлению. На странице Авария обратной связи частотного преобразователя задаются минимальная частота вращения насоса, при которой производиться проверка обратной связи частотного преобразователя, а также время проверки аварии обратной связи частотного преобразователя. На странице Дата и время, смена пароля задается дата и время панели оператора, а также производится смена пароля доступа к экрану СИСТЕМА.
При возникновении аварийной ситуации на экран панели оператора выводится окно АВАРИЯ.

Система управления насосами теплосети — краткое описание технологического процесса:
При нажатии кнопки "ПУСК" (экран УПРАВЛЕНИЕ) производится запуск активного насоса с минимальной наработкой по времени. Данному насосу присваивается статус ведущего сетевого насоса. Насосы, для которых свойство активность = отключен (задается на экране СИСТЕМА страница Активность и наработка насосов) в технологическом процессе не участвуют. В зависимости от перепада давления воды на выходе котельной производится ПИД-регулирование частотой вращения ведущего насоса.
При повышении частоты вращения ведущего насоса выше уставки частоты подключения ведомого насоса, запускается таймер проверки условия подключения ведомого насоса, по истечению которого производится подключение ведомого активного насоса с минимальной наработкой по времени. В зависимости от выбранной логики управления ведомым насосом производится соответствующее управление частотой вращения ведомого насоса. Логика 1. Частота вращения ведомого насоса плавно увеличивается от минимальной частоты вращения ведомого насоса до максимальной в течение времени разгона. После разгона частота вращения ведомого насоса постоянна. Логика 2. Частота вращения ведомого насоса плавно увеличивается от минимальной частоты вращения ведомого насоса до частоты вращения ведущего насоса. После разгона, частота вращения ведомого насоса изменяется и равна частоте вращения ведущего насоса. Аналогичным образом производится подключение остальных ведомых насосов.
При понижении частоты вращения ведущего насоса ниже уставки частоты отключения ведомого насоса, запускается таймер проверки условия отключения ведомого насоса, по истечению которого запускается процедура отключения ведомого насоса с максимальной наработкой по времени. Логика 1. Частота вращения ведомого насоса, уменьшается от максимальной частоты вращения до минимальной в течение времени торможения. Логика 2. Частота вращения ведомого насоса, уменьшается от частоты вращения ведущего насоса до минимальной частоты вращения ведомого насоса в течение времени торможения. По срабатыванию таймера времени торможения ведомый насос отключается. Аналогичным образом отключаются остальные ведомые насосы.
Для одинаковой наработки насосов по времени производится периодическое переключение ведущего насоса. При переключении запускается насос с минимальной наработкой по времени.
При нажатии кнопки "СТОП" (экран УПРАВЛЕНИЕ) производится останов системы управления.

Дополнительная информация:
Автоматика системы управления насосами производит контроль сигналов работа и авария частотных преобразователей. При возникновении аварийной ситуации включается маяк и звучит звуковая сигнализация, авария записывается в журнал событий панели оператора. Сброс звука осуществляется нажатием на кнопку "СБРОС" экрана УПРАВЛЕНИЕ. При аварии работающего насоса система отключает аварийный насос и подключает рабочий насос с минимальной наработкой по времени.
К щиту управления сетевыми насосами подключены два датчика давления воды на входе котельной, и два датчика давления воды на выходе котельной. Данный функционал повышает точность измерения и надежность системы управления, а также дает возможность замены любого датчика без остановки автоматизированной системы управления. На экране СИСТЕМА страница Датчики давления задается свойство активность датчиков давления (в работе/отключен). Если оба датчика давления на входе или выходе котельной активны (в работе), в программе используется среднее значение показаний датчиков. При высокой разности показаний датчиков давления на входе или выходе котельной формируется авария соответствующих датчиков давления.

Внедрение автоматизированной системы управления сетевыми насосами позволило МУП "Вологдагортеплосеть" сэкономить электроэнергию, повысить безопасность и качество теплоснабжения потребителей.