N T A A P L I K A C Y J N A E N E R G E T Y K A International Paper Kwidzyn System nadzoru i sterowania kotłów P140 NIEZAWDNE RZWIĄZANIA SYSTEMÓW AUTMATYKI
Dok. Nr PLPN007 Wersja: 17-03-2006 ASKM to zastrzeżony znak firmy ASKM Sp. z o. o., Gliwice. Inne występujące w tekście znaki firmowe bądź towarowe są zastrzeżonymi znakami ich właścicieli. Wszelkie prawa zastrzeżone. Nieautoryzowane rozpowszechnianie całości lub fragmentu niniejszej publikacji w jakiejkolwiek postaci jest zabronione. Wykonywanie kopii metodą kserograficzną, fotograficzną lub inną powoduje naruszenie praw autorskich niniejszej publikacji. ASKM Sp. z o. o. nie bierze żadnej odpowiedzialności za jakiekolwiek szkody wynikłe z wykorzystywania zawartych w publikacji treści. Copyright 2005, ASKM Sp. z o. o., Gliwice ASKM Sp. z o. o., ul. Józefa Sowińskiego 13, 44-121 Gliwice, tel. +48 (0) 32 3018100, fax +48 (0) 32 3018101, http://www.askom.com.pl, e-mail: office@askom.com.pl
PWER RESET PWER RESET SINEC L2F LM PWER CH1 CH3 CH2 CH4 SINEC L2F LM CH1 CH3 PWER CH2 CH4 PWER RESET Nota aplikacyjna energetyka Systemy nadzoru i sterowania kotłów P140 Produkcja celulozy i papieru należy do jednych z bardziej energochłonnych procesów przemysłowych. Wytworzenie jednej tony celulozy (w postaci suchej) wymaga dostarczenia ponad 10 GJ energii. Z jeszcze większym zapotrzebowaniem na energię związana jest produkcja papieru z suchej celulozy, stąd zwykle papiernie budowane są łącznie z elektrociepłowniami, których zadaniem jest zarówno wytwarzanie energii elektrycznej i pary jak i podnoszenie sprawności procesu przez spalanie kory i ługu czarnego. Zakłady International Paper w Kwidzynie produkują rocznie około 500 tys. ton papieru. Część zapotrzebowania energetycznego wydziałów technologicznych zaspokajana jest z własnych źródeł czterech kotłów węglowych oraz korowego i sodowego. Począwszy od 1999 roku firma ASKM uczestniczy w modernizacjach kotłów pyłowych P140 o wydajności trwałej 140 ton pary na godzinę. Modernizacjom technologicznym związanym z wymianą palników mającym na celu obniżenie emisji tlenków azotu towarzyszyło gruntowne unowocześnienie automatyki. Modernizacja systemu sterowania umożliwiła zachowanie sprawności kotła przy niskoemisyjnym spalaniu oraz obniżenie kosztów utrzymania ruchu przy zwiększonej dyspozycyjności. Zakresem projektu objęta została automatyka kotła, napędy przykotłowe oraz układ blokad i zabezpieczeń wraz z systemem bezprzerwowego zasilania. znaczało to włączenie do projektu 41 napędów regulacyjnych oraz 73 napędów przykotłowych, z czego 29 zasilanych z rozdzielni 0,7 kv. Wielkość systemu określaną przez ilość wejść i wyjść przedstawia poniższa tabela: Lp Wyszczególnienie Sterownik kotła S7-400 Sterownik rozdzielni S7-400 Sterownik Blokad S7-300 Razem wejść wyjść 1 Wejścia cyfrowe 640 224 160 1 024 2 Wejścia analogowe 208 16 8 232 3 Wyjścia cyfrowe 224 64 64 352 4 Wyjścia analogowe 16 - - 16 RAZEM 1 088 304 232 1 624 ifix ifix ifix DRUKARKA STACJA PERATRSKA 1 STACJA PERATRSKA 2 STACJA PERATRSKA 3 D STERWNIKA MNITRINGU SPALIN CPU CP 443 STERWNIK SIMATIC S7-400 CPU CP 443 CPU MPI DP STERWNIK SIMATIC S7-300 D STERWNIKA DPPIELANIA D STERWNIKA STRZEPYWACZY SADZY STERWNIK SIMATIC S7-400 D STERWNIKA ELEKTRFILTRA STERWNIK KTŁA STERWNIK BLKAD I ZABEZPIECZEŃ STERWNIK RZDZIELNI 0,7 kv Rysunek 1. Struktura układu sterowania kotła P140 w International Paper Kwidzyn. ASKM, Gliwice Wrzesień 2004 3
Nota aplikacyjna IP Kwidzyn Funkcje systemu sterowania Projektowany system sterowania kotłem musiał spełnić wysokie, i często przeciwstawne wymagania dotyczące dynamiki produkcji pary i stabilizacji procesu spalania koniecznej dla osiągnięcia zamierzonego pułapu emisji Nox. Cel został osiągnięty poprzez wdrożenie wyrafinowanych struktur układów regulacji i algorytmów sterowania, na przykład układu regulacji ilości powietrza do kotła. Zadowalającą szybkość odpowiedzi na zmienne w czasie zapotrzebowanie papierni na parę uzyskano rozdzielając zmiany obciążenia na poszczególne kotły przez sterownik nadrzędny pełniący zarazem funkcje serwera danych emisji. panelem operatorskim. Podczas projektowania szczególny nacisk położony został na diagnostykę i aportowanie zdarzeń. Programowa realizacja algorytmów rozpalania, wentylacji i wyłączania kotła z ruchu pozwoliła wyeliminować wszelkie niezidentyfikowane przyczyny odstawień. Informacja o pierwszej przyczynie oraz logiczna ścieżka prowadząca do zatrzymania urządzeń wyświetlana jest na panelu operatorskim a także odnotowywana w dzienniku zdarzeń. Wprowadzenie do sterownika rozdzielni 0,7 kv uproszczonego modelu cieplnego napędów o ciężkim rozruchu (wentylatory, młyny) podniosło bezpieczeństwo eksploatacji silników bez kosztownej rozbudowy pól rozdzielni. Warstwa procesowa obejmuje 2 sterowniki SIMATIC S7-400 i jeden S7-300 komunikujące się ze sobą magistralą Profibus. Główny sterownik kotła wyposażony został w łącza do sterowników: elektrofiltra, instalacji odpopielania, strzepywaczy sadzy i układu monitoringu spalin. Tym samym operator kotła uzyskał pełny dostęp do wszystkich systemów zarządzania kotłem i jego instalacjami z jednego miejsca stacji komputerowej. Układ blokad i zabezpieczeń (BMS) Zgodnie z regulacjami korporacyjnymi zawartymi w tzw. range Book układ blokad i zabezpieczeń oraz układ zarządzania instalacją rozpałkową kotła (BMS) został wykonany na wydzielonym sterowniku z własnym Prędkość PW1 Prędkość PW2 Prędkość PW3 Przepływ mazutu Recyrkulacja mazutu - ks ks ks Strumień węgla z modelu młyna węglowego MW A Strumień węgla z modelu młyna węglowego MW B Załączenie palników olejowych + kpw kmw t k kl + + Wz λ X*Y Korekcja od składu spalin (z reg. korekc.) B A X*Y MIN + _ Modyfikacja współczynnika wzmocnienia regulatora PID Rozdział obciążeń WP Strumień węgla z modelu młyna węglowego MW C t t M Przepływ powietrza do WP A Przepływ powietrza do WP B WPL M WPP Rysunek 2. Schemat układu regulacji ilości powietrza do kotła. 4 Wrzesień 2004 ASKM, Gliwice
Nota aplikacyjna energetyka N 1 2 3 SIGNAL Left Side K Back Side K Right Side K ADDRESS BgS 3505 BgS 3511 BgS 3506 FUNCTIN ADDRESS SIGNAL 4 5 6 7 Left Side K Back Side K Right Side K BgS 3505 BgS 3511 BgS 3506 8 9 10 11 12 13 14 15 Left Side K Back Side K Right Side K Furnace Pressure p> - 500Pa Left Side K Back Side K Right Side K BgS 3505 BgS 3511 BgS 3506 PS 3141 BgS 3505 BgS 3511 BgS 3506 S Q timer on delay t=2 sek R 1.6.16 1.7.17 Loss of 16 ASKM GLIWICE proj. spr. zatw. nazwisko R. Boroń A. Rybarek A. Rybarek data 30.11.2001 30.11.2001 30.11.2001 EC01101.A7 1.7 +KW3 nr proj. nr rys. str. Loss of All Flame =BMS str. nast. 1 2 Rysunek 3. Arkusz projektu układu blokad i zabezpieczeń. Zarządzanie kotłem Kompleksowe podejście do zakresu automatyzacji umożliwiło całkowitą likwidację tradycyjnego pulpitu oraz tablicy synoptycznej. Ilustracja przedstawia stanowisko pracy operatora jednego z trzech zmodernizowanych do 2004 roku kotłów. W głębi, na pionowej części pulpitu widoczny jest monitor poziomowskazu oraz panel sterownika MBS. Na części poziomej pozostawiono jedynie wymagany przepisami UDT wyłącznik instalacji olejowej oraz przycisk awaryjnego wyłączenia kotła. potrzebna jest współpraca dwóch operatorów, a także przy rozpalaniu i wygaszaniu kotła. bok spełniania typowych funkcji wizualizacji i sterowania system komputerowy z zadanym harmonogramem generuje raporty w formacie MS Excell, które składowane są w katalogu udostępnionym w sieci zakładowej. Pliki raportów mogą być przeglądane i drukowane przez odpowiednie służby. Stacje przekazują także informacje do zakładowego serwera ihistorian tworzącego wielomiesięczne archiwa danych. Zgodnie ze standardami obowiązującymi w Zakładach, wizualizacja obiektu została wykonana w oparciu o oprogramowanie ifix firmy Intellution. Na nowym stanowisku pracy operator ma do dyspozycji 3 stacje komputerowe identycznie oprogramowane w zakresie interfejsu użytkownika. bok podniesienia dyspozycyjności systemu (wyłączenie z ruchu jednej stacji nie wpływa na sterowalność obiektu) taki układ podnosi wygodę obsługi w stanach awaryjnych, gdy dla ustabilizowania pracy kotła Rysunek 4. Stanowiska pracy operatorów: nowe strona lewa i dotychczasowe strona prawa. ASKM, Gliwice Wrzesień 2004 5
Nota aplikacyjna IP Kwidzyn Rysunek 5. Przykład maski wizualizacyjnej. 6 Wrzesień 2004 ASKM, Gliwice
Nota aplikacyjna energetyka ASKM, Gliwice Wrzesień 2004 7
Sp. z o.o. 44-121 Gliwice ul. Józefa Sowińskiego 13 Tel. +48 (0)32 301 81 00 Fax. +48 (0)32 301 81 01 http://www.askom.com.pl e-mail: office@askom.com.pl