SCADA системи в топлоцентрали

Подобряването на енергийната ефективност на системите за централно отопление като цяло е тясно свързано с прилагането на компютърни технологии за визуализация и управление на производството и разпределението на топлинна енергия като SCADA. Управлението в областта на централното отопление позволява бърза настройка на всички подсистеми спрямо вариациите в топлинните потребности. В същото време се дава възможност за оптимално решаване на проблеми в периоди на преходно състояние на системите, например при стартиране и спиране. Системите за централно отопление доставят топлинна енергия до крайни потребители, които могат да се различават както по отношение на количеството топлоенергия, от която се нуждаят, така и по характера на тяхното потребление. 

Топлинните нужди на крайните потребители варират с промените в условията на околната среда, поради което е от съществено значение да има възможност за регулиране на параметрите на топлоносителя. Това може да се постигне само с помощта на подходящо управление. В допълнение, качеството на топлоснабдяване може да се подобри, като се намалят и топлинните загуби, което води до редуциране на консумацията на първична енергия, повишаване на енергийната ефективност на системата и ограничаване на емисиите парникови газове. Смята се, че най-големият потенциал за редуциране на емисиите парникови газове е именно в подобряването на енергийната ефективност, особено в топлофикационния сектор.

Същност

В отоплителния сектор SCADA системите се използват за събиране на показанията на сензори, разположени в топлинните подстанции, и за дистанционно предаване на данните до и от оператора на топлоцентралата. Обикновено SCADA системите предлагат възможност за мониторинг и управление на няколко хиляди входни и изходни параметри. Основната цел на тези решения в топлотехниката и системите за отопление, вентилация и климатизация е да осигурят опростен и в същото време ефективен начин за визуализация на всички следени параметри на един монитор, да предоставят възможност за отдалечено управление и превантивна поддръжка, както и архивиране на данните за бъдещи анализи.

Операторската станция е свързана с полеви микропроцесорни контролери, които служат като устройства за управление на локално ниво, предоставяйки пренос на данни в две направления – от системите към централата и обратно. Връзката се осъществява посредством специален комуникационен интерфейс.

Операторът следи онлайн всички показания от сензорите в системата, задаваните стойности на параметрите, състоянието на всеки задвижващ механизъм и др.

Благодарение на SCADA операторът може и да подава команди към всяко едно устройство в системата. Графичното визуализиране на системата на дисплей спомага за по-лесно разбиране на начина й на функциониране и показваните стойности. Посредством софтуер за отдалечен достъп потребителят може да се свърже с операторската станция от всяко компютърно устройство в локалната мрежа.

Функциониране на системите за централно управление

Топлинната енергия, генерирана в котлите, се подава по първичните тръбопроводи за гореща вода към отоплителните подстанции, откъдето посредством топлообменници се доставя до вторичната отоплителна система, чрез която топлината достига до крайните потребители. За да се постигнат необходимите параметри на вторичния флуид, отоплителните станции са оборудвани с микропроцесорни контролери със сензори, топломери, спирателни кранове, филтри, регулиращи вентили, регулатори на дебит и устройства за поддържане на налягането.

Температурата на флуида в първичния контур се контролира спрямо топлинната крива на котелното отделение, а допълнителното управление на температурата на флуида във вторичния контур се осъществява чрез контролиране на дебита в първичния контур на отоплителната подстанция. Температурата във вторичния контур е функция на температурата на сухия термометър, времето от денонощието и деня от седмицата и е зададена в микропроцесорните контролери, които са оборудвани със сензори за температурата на околната среда, наляганията в двата контура и дебитомери. Чрез кабел или безжична мрежа всички контролери са свързани към компютър в контролната зала, където се осъществява дистанционното управление и събирането на данни.

Микропроцесорните контролери в отоплителните подстанции работят в автоматичен режим с предварително дефиниран алгоритъм. Промени във функционирането на контролерите, управляваните променливи и отдалечено управление могат да се извършват от операторската станция.

Управление

В зависимост от това къде е внедрено управлението, то бива централно, групово, локално и индивидуално. Централното управление се осъществява в топлоцентралата спрямо измененията в отоплителните потребности на повечето потребители, като се приема, че консумацията е до голяма степен равномерна.

Груповото управление става в отоплителните подстанции за потребители със сходни топлинни нужди чрез осигуряване на подходящо регулиране на дебита и температурите. Локалното управление също се извършва в подстанциите с цел допълнително коригиране на дебита и температурата, но като се вземат предвид и условията на околната среда. Индивидуалното управление се осъществява директно при топлообменника и изисква множество локално разположени микропроцесорни контролери, което е свързано с по-високи първоначални инвестиции.

Когато като топлоносител се използва вода, могат да се приложат следните методи на централно управление: качествен контрол, в рамките на който топлопреносът се управлява чрез изменение на температурата при поддържане на постоянен дебит; количествен контрол, при който топлопреносът се променя чрез регулиране на дебита при поддържане на постоянна температура на водата; качествен-количествен контрол, при който се изменят и двата параметъра; междинен контрол, при който системата се включва и изключва. Централното междинно управление е приложимо само в системи за централно отопление със сходни топлинни нужди сред потребителите.

Топлинните нужди на различните потребители в съвременните системи за централно отопление обикновено не са сходни нито по характер, нито по параметри на топлоносителя. За да се предостави качествено топлоснабдяване, трябва да се прилага комбинирано управление, включващо три нива – централно, локално и индивидуално.

Най-добрият начин за управление на топлопреноса е комбинирането на централен качествен контрол и локален количествен контрол. Изборът на основа за локално управление зависи от типа и функционирането на конкретната система за централно отопление. Това е много трудна задача, тъй като температурите в отопляваните пространства могат да варират значително в зависимост не само от доставяната топлина, но и от вида на сградата и редица други фактори. За да се посрещнат напълно топлинните потребности, е необходимо да се въведе и локално управление на ниво помещение.

Извършването на енергиен одит на системите за централно отопление може да позволи определянето на всички параметри, оказващи влияние върху ефективността. Одитът може да се осъществи посредством задълбочена инспекция на системата, определяне на ефективността и изследване на параметрите на доставяната топлинна енергия.

SCADA решенията за отоплителни подстанции предлагат измерване и визуализация на всички показания, регулиране на параметрите, изготвяне на диаграми за тенденции на база измерените стойности, както и възможност за избор между ръчно и автоматично управление на работата на подстанцията, като при ръчно управление може да се контролира функционирането на регулиращите вентили и помпите. Също така SCADA системите осигуряват архивиране на всички команди и операторите, които са ги подали, в режим на дистанционно управление. Визуализират се и алармени сигнали за възникнали неизправности, които също се архивират.

Прилагането на SCADA дава възможност за реализиране на спестявания в производството/доставянето на топлинна енергия и за повишаване на качеството на топлоснабдяване чрез отдалечено управление, позволяващо по-добро балансиране на системата. Оперативните разходи на системата за централно отопление също намаляват поради улеснените откриване на повреди и диагностика, по-дългия експлоатационен живот на оборудването и по-ниските разходи за поддръжка.

Внедряването на SCADA в топлоцентралите гарантира и увеличаване на експлоатационната достъпност на системата за централно отопление. Създава се възможност и за по-рационално потребление на енергията и стабилни приходи за топлофикационното дружество.