style type="text/css">
Приборы контроля параметров водно-химического режима энергоблоков ТЭЦ и АЭС. Система диагностики
технологического оборудувания. Инжиниринг в энергетике. РАЗРАБОТКА И ПРОИЗВОДСТВО
 
СТАТЬИ

Комплекс программно - технических средств "АТОН" для мониторинга водно-химического режима на объектах энергетики.

  • Маркелов В.И., Артемьев А.С. , Стрельников И.А. (ООО НПП «Промышленная электроника»);
  • Бабанов И.И., Страшун Ю.П. (ОАО «Институт электронных управляющих машин»);
  • Богданов К.Л. (ОАО «Системы управления и приборы»);
  • Синицын В.П. (ОАО Всероссийский теплотехнический институт);
  • Вилков Н.Я., Михалицын В.Г.  (ФГУП Научно-исследовательский институт имени А.П. Александрова).

Современный этап развития систем контроля водно-химического режима (СХК ВХР) в энергетике связан с решением проблемы интегрирования технических и инструментальных средств химического анализа в единую автоматизированную систему управления технологическими процессами (АСУ ТП). Включение в объем функций СХК в составе АСУ ТП блочного и/или общестанционного уровня задач мониторинга технологических процессов, формирующих состояние ВХР, ставит задачу выполнения требований по ее функциональной и структурной надежности согласно ГОСТ 24.701-86. В соответствии с нормативными требованиями оценка качества и функциональной надежности средств, применяемых в АСУ ТП технологического объекта управления (ТОУ), должна осуществляться на всех стадиях создания – проектирования, разработки, изготовления, ввода в эксплуатацию и сопровождения при эксплуатации. Применительно к СХК ВХР последнее обусловлено следующим:

  • исключение неплановых снижений мощности блока из-за недостаточной достоверности фиксируемых нарушений ВХР блока, требует задания показателей надежности регистрации параметров качества технологических сред, контролируемых СХК;
  • корректное определение показателей надежности СХК позволяет миними­зировать эксплуатационные затраты за счет оптимизации комплекта ЗИП и затрат на обслуживание системы;
  • оценка надежности СХК в целом позволяет более точно сформулировать требования по надежности ее отдельных элементов, в первую очередь – требования к составляющим комплекса технических средств.

Опыт внедрения и эксплуатации средств автоматизации химконтроля в энергетике показывает, что эффективность функций мониторинга в СХК в значительной мере определяется качеством исходной измерительной информации, формируемой на нижнем уровне системы. Достоверность выводов по используемым моделям и алгоритмам мониторинга внутриконтурных процессов на практике, как правило, лимитируется качеством первичных измерительных преоб­разователей, технических средств поддержания рабочих условий на входе в проточные датчики анализаторов состава технологических сред и методик выполнения измерений.

Выполнение проектной оценки надежности СХК ВХР в настоящее время осложняется следующими обстоятельствами:

  • изготовители измерительных приборов, в том числе предлагаемых для использования в энергетике, как правило, не предоставляют в документации характеристик надежности своих изделий.
  • если даже такие характеристики приведены в технической документации, то, как правило, в неполном виде (например, практически для всех приборов СХК ВХР отсутствует информация о зависимости показателей надежности от внешних воздействующих факторов, информация о коэффициентах самодиагностики приборов и др.).

Отсутствие и/или неполнота данных по надежности обусловлены, скорее всего, тем, что разработчики средств анализа общего назначения (а именно такие зачастую вынужденно используются в настоящее время в проектах СХК ВХР):

  • при разработке приборов не руководствовались требованиями к надежности;
  • не оценивали комплексно надежность своих изделий;
  • опасаются давать информацию, которая может с одной стороны снизить конкурентоспособность их продукции, а с другой стороны – поднять уровень ответственности изготовителя перед потребителями.

Достигнутая к настоящему времени степень проработки задач оптимизации схем и средств подготовки проб на уровне исследований, опытно-конструкторских и проектных решений позволяет перейти к промышленному освоению конкурентоспособных отечественных комплексов технических средств подготовки проб технологических сред для СХК ВХР в виде унифицированных функциональных модулей (шкафов), изготавливаемых в заводских условиях в рамках требований единой системы постановки на производство единичных (малосерийных) изделий. Изготовление комплексов подготовки проб (КПП) в заводских условиях в рамках требований Единой системы постановки изделий на производство позволяет существенно повысить и постоянно совершенствовать эксплуатационные характеристики и функциональную надежность отдельных элементов (специализированной малорасходной арматуры повышенной точности, устройств точного поддержания температуры анализируемой среды, защиты тракта датчиков от выделения взвешенных и поверхностно-активных веществ и растворенных газов, средств контроля условий измерения). Поставка КПП потребителю в виде ряда функциональных модулей как самостоятельных изделий повышает гибкость проектных решений, снижает риск грубых ошибок при монтаже, улучшает условия обслуживания эксплуатационным персоналом и сопровождения со стороны изготовителя.

Важным шагом вперед, целесообразность которого подтверждена мировой практикой организации нижнего уровня СХК и опытом ведущих фирм аналитического приборостроения для энергетики, является комплексная поставка КПП с унифицированным рядом средств измерения и программируемыми средствами сбора измерительной информации (интеллектуализированными контроллерами и концентраторами). При таком подходе, помимо повышения качества подготовки проб, реализуется возможность повышения информационной надежности нижнего уровня СХК за счет оптимизации структурных решений в рамках интегрированного комплекса. Необходимый полезный эффект может быть достигнут за счет реализации процедур оценки текущего состояния измерительных каналов СХК по схеме «два из двух» или «два из трех» за счет применения:

  • многоканальных контроллеров;
  • линейки приборов, оснащенных микропроцессорными устройствами c единым протоколом обмена, для измерения однотипных или связанных параметров в непрерывно проточном (on line), проточном периодическом (at line) режимах и/или режиме лабораторного анализа (off line).

Использование программируемых контроллеров позволяет также ставить вопрос о применении на нижнем уровне СХК алгоритмов обработки первичного электрического сигнала датчиков с использованием математических методов вероятностной диагностики для оценки их состояния. Важным фактором повышения информационной надежности может являться включение в состав поставляемого комплекта КПП технических средств градуи­ровки (калибровки) измерительных каналов без демонтажа датчиков с линии.

В общем плане уменьшение числа типов применяемой изме­рительной техники и оборудования и повышение их совместимости за счет унификации всегда целесообразно для улучшения соотношения «цена/качество» и снижения эксплуатационных затрат на реальном технологическом объекте управления. Декомпозиция измерительных каналов СХК ВХР на более простые, функционально законченные элементы открывает возможность для более глубокой унификации, оптимизированной по условиям эксплуатации и технологии разработки и производства элементов КПТС. Основой оптимизации структуры и унификации элементной базы измерительных каналов СХК ВХР является реальная возможность их классификации по методу полу­чения полезного сигнала, определяющему методические, схемо­технические и конструктивные решения для первичного преобра­зователя (датчика) и вторичного измерительного преобразователя. В настоящее время типовые каналы химико-аналитического контроля on line можно свести к следующим видам:

  • кондуктометрические (для измерения удельной проводимости);
  • потенциометрические (pH, pX);
  • вольтамперометрические (растворенные водород и кислород).

Унифицированные вторичные измерительные преобразователи в этом случае могут выполняться по упрощенной схеме предусилителя, обеспечивающего формирование помехоустойчивого сигнала (усиленного аналогового или цифрового) для передачи на расстояния, позволяющие размещать другие элементы измерительных каналов СХК ВХР в помещениях с более благоприятными условиями эксплуатации и обслуживания, что позволяет предъявлять к ним требования, приближенные к общепромышленным изделиям. При использовании многоканальных контроллеров, реализующих однотипные функции, снижается общее число элементов структуры измерительных каналов, даже в случае физического дублирования устройств с целью повышения общей структурной надежности и живучести системы в целом. Унифицированный ряд модулей КТС нижнего уровня позволяет реализовать проектным путем эффективную конфигурацию для любого круга функций и условий эксплуатации СХК на реальных энергоблоках.

Рассмотренный выше подход к комплексной поставке КПП с унифицированным рядом средств измерений и программируемыми средствами сбора измерительной информации был использован при проведении работ по созданию пилотного образца комплекса программно-технических средств «АТОН» (КПТС «АТОН») для мониторинга ВХР ТЭС и АЭС.

В процессе разработки комплекса интегрирован научно-технический потенциал и практический опыт внедрения и эксплуатации своих изделий на объектах атомной и тепловой энергетики следующих предприятий:

  1. ООО НПП «Промышленная электроника», г. Мытищи (средства измерения параметров водно-химического режима серии «АТОН»);
  2. ОАО «Системы управления и приборы», г. Санкт-Петербург (устройства подготовки проб);
  3. ОАО «Институт электронных управляющих машин», г. Москва (технические и программные средства автоматизации технологических процессов).

Технологическое сопровождение комплекса в части его применения по назначению проводилось специалистами ОАО Всероссийский теплотехнический институт, г. Москва и ФГУП  Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова, г. Сосновый Бор.

Архитектура системы на базе КПТС «АТОН» представлена на рисунке.

КПТС «АТОН» ориентирован для применения на тепловых и атомных электростанциях для непрерывного автоматического, лабораторного и технологического контроля параметров водно-химических процессов в трактах мощных энергоблоков, системах химподготовки  и водоочистки с возможностью оперативной переконфигурации, в том числе комплексирования «больших» или «малых» систем, а также может применяться в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Благодаря использованию КПТС обеспечивается повышенная надежность и экономичность работы технологического оборудования, как в стационарных, так и переходных режимах. Повышенная надежность комплекса достигается путем резервирования наиболее критичных узлов измерительного тракта. Промышленный программируемый контроллер (ППК) СМ 1820М КП/КПМ, в составе КПТС, снабжается переносным терминалом (ПТ), индицирующим результаты измерения по всему измерительному тракту (КПП, приборы, ППК). При этом приборы «АТОН» могут иметь свои ПТ.

Специфицирование МХ измерительных каналов создает предпосылки для проведения метрологической аттестации и сертификации КПТС «АТОН».

Отличительными особенностями КПТС являются:

  • Современная техническая реализация на уровне мировых стандартов;
  • Совместимость по используемым конструктивным элементам и интерфейсным протоколам;
  • Возможность проектирования и реализации именно такой конфигурации, которая необходима заказчику, в противовес системам, создаваемым проектантами из оборудования не связанных между собой производителей;
  • Экономический эффект от внедрения комплекса достигается:
    • минимизацией затрат на этапе проектирования, монтажа и наладки;
    • расширением номенклатуры и количества входных сигналов при незначительных затратах на изменение конфигурации системы.

Технические возможности 3-х видов ПТС упомянутых фирм-изготовителей, входящих в состав КПТС, указаны в приложении.

В конечном итоге, предлагаемый подход к созданию КПТС, отвечающий современным тенденциям комплексирования информационно-измерительных систем, не может не сказаться на повышении качества и снижении стоимости каждого из элементов СХК ВХР и системы в целом.

Рисунок 1 – Архитектура системы на базе КПТС «АТОН»

Схема 

На рисунке:
Токовый выход – токи в диапазонах:  0 – 5 мА; 0 - 20 мА; 4 – 20 мА;
ЦИС – цифровой интерфейс связи;
СО – сигнализация об отклонениях от уставок;
ТП – температура пробы;
ППП – перекрытие подачи пробы;
Д – датчик;
КПП – комплекс подготовки пробы;
Автоматическое перекрытие подачи пробы при:
ПТ – превышение температуры;
ПД – превышение давления;
ОП – отсутствие расхода пробы.   

 

Bottom