Статья посвящена принципам организации автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения.

1. сдвиг фаз, выбросы напряжения,
обрыв фаз, короткое замыкание).
13. Восстановление числа работающих
вентиляторов при кратковременном
пропадании напряжения питания
14. Создание и хранение трэндов техно­
логических параметров и электрон­
ного «журнала событий»
15. Информационный обмен с АСУ ТП
верхнего уровня.
Состав системы
САУ АВО построена по цент­
рализованно-распределенному прин­
ципу (Рис.1). Система состоит из
АРМ оператора (при необходимости),
шкафа управления, шкафов старте­
ров плавного пуска и допускового
контроля сопротивления изоляции
двигателей (Рис. 2) и шкафов низко­
вольтных коммутационных устройств
(НКУ) различной модификации (Рис. 3).
Количество НКУ равно количеству аппа­
ратов воздушного охлаждения.
В шкафу управления располагается
контроллер, в котором реализованы все
алгоритмы управления. В шкафах НКУ,
кроме коммутационной аппаратуры, рас­
полагаются модули удаленного ввода/
вывода. Связь контроллера с модулями
удаленного ввода/вывода осуществляет­
ся по кодовой линии связи. Данная кон­
фигурация позволяет сократить количе­
ство кабельных связей, унифицировать
оборудование и осуществлять полный
контроль за оборудованием системы и
управление технологическим объектом в
реальном времени.
Для обеспечения вибрационной за­
щиты двигателей вентиляторов САУ АВО
комплектуется цифровой аппаратурой
контроля вибрации ЦВА (производство
Прософт-Системы).
Дополнительно в поставку САУ АВО
в зависимости от проекта может вхо­
дить следующее оборудование: датчики
температуры газа и воздуха, датчики
давления, посты местного управления
двигателями вентиляторов и жалюзи,
кабельная продукция и клеммные ко­
робки для подключения оборудования
КИПиА внутри АВО.
Примеры реализации систем
Разберем несколько видов реализа­
ции систем в зависимости от требуемых
функций:
Пример 1„„
Управление группой аппаратов воз-
душного охлаждения на выходе ком-
прессорного цеха (КЦ), осуществляю-
Задача поддержания стабильной
температуры продукта в техно­
логическом цикле актуальна для многих
производств. При добыче и транспорти­
ровке газа необходимо его охлаждение
после компримирования (сжатия) до
определенной температуры для даль­
нейшей подачи в магистральный газо­
провод. Такая же задача существует для
продуктов газо- и нефтепереработки.
В современных аппаратах воздушного
охлаждения используется от одного до
шести вентиляторов. На объектах добычи
газа, где влажность газа еще высока, для
защиты от гидратообразования может
применяться контур рециркуляции нагре­
того воздуха с применением жалюзи.
На первый взгляд может показаться,
что обсуждать в данном вопросе нечего.
Простейшая система автоматического ре­
гулирования температуры известна всем
и реализована на всех автомобилях: при
нагреве охлаждающей жидкости в радиа­
торе по сигналу датчика включается вен­
тилятор, при охлаждении выключается.
На старых автомобилях для зимнего вре­
мени устанавливались жалюзи, которые в
зависимости от окружающей температу­
ры открывал или закрывал сам водитель.
Конечно, можно и так, но…
На больших технологических объек­
тах количество АВО может исчисляться
десятками. Мощность двигателей вен­
тиляторов может меняться от единиц
до десятков киловатт. Количество элек­
трических приводов жалюзи на одном
аппарате может доходить до двенадца­
ти. Требуемая точность регулирования
температуры продукта на выходе АВО
не превышает одного, двух градусов.
Соответственно возникают вопросы по
скорости управления оборудованием,
экономии электроэнергии, продлением
срока эксплуатации оборудования и
обеспечения необходимой точности ре­
гулирования температуры. В результате,
возникает необходимость в создании
автоматизированной системы управле­
ния данным оборудованием.
Представленные ниже техниче­
ские решения являются результатом
десятилетнего опыта инженерной
компании «Прософт-Системы» по
разработке и внедрению систем авто­
матического управления аппаратами
воздушного охлаждения (САУ АВО).
Данные решения реализованы на раз­
личных типах АВО производства ОАО
«Пензхиммаш», ОАО «ЗиО-Подольск» и
СНПО им. Фрунзе.
САУ АВО предназначена для поддер­
жания требуемой температуры продукта
на выходе аппаратов воздушного охлаж­
дения и защиты теплообменных труб от
гидратообразования.
Основные функции
В зависимости от проекта, типов ап­
паратов и требований заказчика могут
использоваться различные функции
системы. Ниже приведен полный пере­
чень функций, реализуемых в системах
управления аппаратами воздушного
охлаждения:
1. Автоматическое поддержание тем­
пературы продукта на выходе блока
АВО путем включения/выключения
или регулирования частоты враще­
ния вентиляторов.
2. Защита АВО от гидратообразования
путем изменения положения жа­
люзи или частоты вращения венти­
ляторов.
3. Обеспечение электрических, те­
пловых, технологических и вибра­
ционной защит двигателей венти­
ляторов.
4. Плавный пуск с программно-
временным изменением напряжения
и ограничением пускового тока.
5. Программный последовательный
плавный запуск группы электро­
двигателей при восстановлении на­
пряжения питания после его крат­
ковременного исчезновения.
6. Реверс вентиляторов.
7. Управление отсечными кранами на
входе и выходе секций АВО.
8. Управление двигателями вентиля­
торов и электрическими привода­
ми жалюзи на основе механизмов
электрических однооборотных
(МЭО) в четырех режимах:
a. автоматическом,
b. диспетчерском,
c. дистанционном,
d. местном.
9. Контроль температуры окружаю­
щего воздуха, температуры, дав­
ления и перепада давлений газа на
АВО, во входном и выходном кол­
лекторах.
10. Контроль эксплуатационных пара­
метров двигателей вентиляторов
АВО (вибрация, изоляция, время
наработки) и управление двига­
телями с учетом контролируемых
параметров.
11. Автоматический допусковый кон­
троль сопротивления изоляции
электродвигателей.
12. Контроль параметров сетевого на­
пряжения (фазные амплитуды,
www.S-NG.ru 166 ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. ЭКОЛОГИЯ
Система автоматического управления
аппаратами воздушного охлаждения
А. Елов
заместитель
генерального директора
ООО «Прософт-
Системы»
www.prosoftsystems.ru
Статья посвящена принципам организации автоматического управления аппаратами воздушного охлаждения

2. щего перекачку газа на магистральном
газопроводе.
В данном примере рассматривается
использование аппаратов без рецирку­
ляции с шестью вентиляторами в одном
АВО. Применение аппаратов с малым
количеством вентиляторов ведет к до­
статочно большой дискретности в регу­
лировании на выходе каждого АВО.
На магистральных газопроводах ис­
пользуется сухой подготовленный газ,
поэтому основной задачей данной си­
стемы является поддержание темпера­
туры газа в выходном коллекторе блока
АВО путем включения/выключения дви­
гателей вентиляторов.
В принципе, это наиболее простая
задача, реализуемая в ряде проектов
средствами АСУ ТП компрессорного
цеха, однако, рассмотрим ряд вопросов,
которые необходимо учесть при реали­
зации данной задачи:
1. Для увеличения срока службы вен­
тиляторов необходимо осущест­
влять плавный последовательный
запуск группы вентиляторов;
2. Осуществление электрических и
тепловых защит двигателей венти­
ляторов;
3. Контроль сопротивления изоляции
двигателей с запретом на включе­
ние двигателей с пониженной изо­
ляцией;
4. Вибрационная защита двигателей
вентиляторов;
Для реализации функций плавного
пуска и контроля сопротивления изо­
ляции в системе используются шкафы
допускового сопротивления изоляции и
плавного пуска (СПП-ДКСИ). В шкафах
НКУ предусмотрены реверсивные пу­
скатели, осуществляющие подключение
каждого вентилятора к цепям стартеров
плавного пуска и контроля изоляции.
Контроль изоляции осуществляется
автоматически по команде оператора.
На обмотку выключенного двигателя
подается напряжение 1000В относи­
тельно земли, измеряется падение
напряжения и сравнивается с эталон­
ным сопротивлением 500 кОм. При со­
противлении изоляции менее 500 кОм
фиксируется запрет на пуск данного
двигателя. Время последнего измере­
ния и сопротивление изоляции по каж­
дому двигателю сохраняются в базе
данных системы.
При осуществлении плавного пуска
группы вентиляторов важен фактор
времени, за которое данная группа бу­
дет запущена. С учетом того, что плав­
ный пуск осуществляется в несколько
этапов (разгон двигателя до номиналь­
ных оборотов, переключение на работу
от сети и время на охлаждение стартера
плавного пуска (СПП), количество вен­
тиляторов, подключаемых к одному
СПП должно быть ограниченным (в на­
ших системах не более 36).
Для осуществления электрических и
тепловых защит двигателей вентилято­
ров в НКУ устанавливаются автоматиче­
ские выключатели, тепловые реле, реле
контроля фаз. При большом количестве
вентиляторов в АВО (6 шт.) необходимо
осуществление секционирования на­
грузки, т.е. установка вводного автомата
на суммарный ток шести вентиляторов.
Для нормального функционирования и
диагностики системы необходим кон­
троль всех автоматов, контакторов,
реле контроля фаз, переключателей
режимов управления вентиляторами
(ручной/автоматический) и пр. Все эти
данные должны поступать в систему.
Для организации вибрационной за­
щиты двигателей необходим ввод теку­
щихзначенийвиброскорости,сравнение
с критическими значениями вибрации и
выдача сигналов на останов вентилято­
ров. При использовании аналоговой ап­
паратуры это требует дополнительных
www.S-NG.ru
167ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. ЭКОЛОГИЯ
аналоговых вводов и реализации защит
средствами общей АСУ ТП.
Аппаратура ЦВА, используемая в на­
ших системах, является цифровой, т.е.
передача текущих значений вибрации
осуществляется по кодовой линии свя­
зи. Реализация защиты осуществляется
контроллером ЦВА, устанавливаемом в
шкафу НКУ.
Исходя из перечисленного становится
ясно, что объем данных для управления
группой АВО, например из 10 аппара­
тов, уже сравним с объемом данных для
управления газоперекачивающим агрега­
том (ГПА) и соответственно, логично вы­
деление отдельного контроллера для обе­
спечения всех функций управления АВО.
Пример 2„„
Управление группой аппаратов
воздушного охлаждения на выходе
компрессорного цеха (КЦ) осущест-
вляющего перекачку газа на объектах
добычи (дожимная компрессорная
станция – ДКС).
Рис.1
Структурная схема САУ АВО
Рис.2
Шкаф СПП-ДКСИ
Рис.3
Шкаф НКУ
с частотными
преобразователями
и контроллером
вибрации
Рис.4
Датчик вибрации ИВД-3

3. www.S-NG.ru 166 ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. ЭКОЛОГИЯ
На ДКС содержание влаги в газе еще
достаточно велико, поэтому возникает
опасность гидратообразования, что ве­
дет к повреждениям аппаратов воздуш­
ного охлаждения.
Кроме основной задачи поддержания
температуры газа в выходном коллекто­
ре блока АВО, возникает задача защиты
от гидратообразования. Для этого при­
меняются аппараты с блоком рецирку­
ляции нагретого воздуха.
В данном примере рассматривается
использование аппаратов с рецирку­
ляцией нагретого воздуха с шестью
вентиляторами в одном АВО и тремя
группами жалюзи: входные, выходные
и переточные. Каждая группа жалю­
зи имеет по четыре привода МЭО. Для
контроля температур устанавливается
один датчик температуры газа на вы­
ходе каждого аппарата и два датчика
температур нижнего ряда пучков труб
в районе третьей пары вентиляторов по
ходу газа.
Кроме перечисленных ранее задач
возникает вопрос контроля и регули­
рования температуры газа на выходе
каждого АВО, и контроля и регулирова­
ния температуры нижнего ряда тепло­
обменных труб.
В данном случае два регулятора мо­
гут войти в противодействие: с одной
стороны необходимо снижать темпера­
туру газа на выходе, а с другой необхо­
димо поддерживать температуру ниж­
него ряда теплообменных труб выше
температуры гидратообразования. За­
дача осложняется тем, что на некоторых
объектах требуемая температура газа на
выходе и температура гидратообразова­
ния отличаются на единицы градусов.
Для эффективного воздействия, в
обоих регуляторах должны исполь­
зоваться оба типа исполнительных
механизмов: вентиляторы и жалюзи.
При управлении жалюзи необходимо
следить за процентом открытия каж­
дой группы для создания оптимально­
го режима.
При регулировании температуры
газа на выходе каждого АВО возника­
ет дополнительная проблема: при па­
раллельном расположении АВО может
наблюдаться различный поток газа че­
рез АВО, а соответственно и различная
скорость изменения температуры газа
на выходе разных АВО то есть, для по­
лучения желаемой температуры газа
в общем коллекторе блока аппаратов
необходимо задавать и поддерживать
индивидуальные задания температур на
выходе каждого аппарата.
В связи с тем, что за счет включения/
выключения вентиляторов сохраняется
определенная дискретность в плавности
регулирования температуры, эффек­
тивное автоматическое управление в
данной системе возможно после набора
статистики технологических режимов
при различных температурах наружного
воздуха. При этом программные сред­
ства системы должны обеспечивать
максимально возможную мобильность
и точность изменения коэффициентов
регулирования.
С точки зрения объемов системы
резко вырастает количество входных и
выходных сигналов: управление и кон­
троль 12 жалюзи и три датчика темпе­
ратуры на один аппарат. При этом необ­
ходимо контролировать правильность
работы технологического оборудования
(скорость срабатывания каждого при­
вода жалюзи и равномерность откры­
тия жалюзи в каждой группе).
Пример 3„„
Управление группой аппаратов воз-
душного охлаждения на выходе ДКС с
применением частотно регулируемого
привода двигателей вентиляторов.
В данном случае предполагаются ап­
параты аналогичные, рассмотренным
в предыдущем примере. Для контроля
температур устанавливается один дат­
чик температуры газа на выходе каждо­
го аппарата и четыре датчика темпера­
тур нижнего ряда пучков труб в районе
второй и третьей пары вентиляторов по
ходу газа. Для осуществления плавного
регулирования температуры газа требу­
ется установка частотно-регулируемого
привода вентиляторов.
При применении частотных преоб­
разователей (ЧП) необходимость в
применении стартеров плавного пуска
отпадает, так как плавный пуск - одна
из функций ЧП. Также обеспечиваются
время-токовая и тепловая защита дви­
гателя, защита от короткого замыка­
ния, плавность регулирования частоты
вращения и экономия электроэнергии,
даже предпусковой прогрев двигателей
можно реализовать при необходимости.
В общем, «то что нужно для счастья…»,
но есть и ряд отрицательных моментов,
которые необходимо учитывать при
создании системы регулирования…
Вкратце это выглядит так:
1. Искажения питающей сети;
2. Повышенное напряжение на двига­
телях при работе на длинный экра­
нированный кабель;
3. Повышенное тепловыделение;
4. Повышенные габаритно-массовые
характеристики шкафов;
5. Высокая стоимость оборудования.
Первые два вопроса решаются уста­
новкой дополнительного оборудования
(дроссели и фильтры) в соответствии с
требованиями производителей ЧП.
Третий вопрос решается подбором
шкафа соответствующих размеров и
установкой терморегулятора с дополни­
тельными вентиляторами.
Конечно, если вам удалось подобрать
шкаф соответствующих размеров, уста­
новить на каждый двигатель ЧП с со­
путствующим оборудованием, втиснуть
туда же все коммутационное оборудо­
вание, включая управление жалюзи и
виброзащиту, обеспечить приемлемый
температурный режим, и заказчик при
этом готов за все это платить – тогда за
дело, вы в пяти минутах от результата.
Когда в АВО один или два вентилято­
ра, то применение ЧП на каждый дви­
гатель вполне оправдано, но у нас их
несколько больше…
А по сему, предлагается следующее
техническое решение:
На шесть вентиляторов устанавли­
вается два ЧП – один на три вентиля­
тора. Коммутационной аппаратурой
обеспечивается возможность пере­
ключения каждого ЧП между тремя
вентиляторами.
При пуске АВО через ЧП разгоняется
сначала первая походу газа пара вен­
тиляторов и если на данном этапе до­
статочно диапазона регулирования, то
плавное регулирование осуществляется
одной парой вентиляторов через ЧП.
При исчерпании диапазона регули­
рования первая пара переключается на
прямую работу от сети, а вторая пара
подключается к ЧП и осуществляет
дальнейшее плавное регулирование, при
дальнейшем повышении температуры
газа на выходе вторая пара вентиляторов
также переключается на прямую работу
от сети, а регулирование осуществляется
третьей парой вентиляторов. При сниже­
нии температуры газа на выходе отклю­
чение происходит в обратной последова­
тельности. При этом контур управления
жалюзи также задействован. В резуль­
тате, получаем плавное, точное регули­
рование температуры газа на выходе и
температуры пучков труб с контролем
последней в четырех точках.
При достаточно низких температурах
наружного воздуха при приближении
температуры пучков труб к температуре
гидратообразования возможен режим
реверса пары вентиляторов подклю­
ченной к ЧП для отогрева нижнего ряда
пучков труб.
Данное техническое решение по­
зволяет снизить стоимость системы,
габаритно-массовые характеристики
оборудования, тепловыделение и ис­
кажения в питающую сеть без ухуд­
шения точности регулирования. Так
же имеется возможность перевода
всех вентиляторов на прямую работу
от сети при максимальной нагрузке в
жаркую погоду.
Приведенное краткое описание ра­
боты различных систем и полный пе­
речень функций показывает оправдан­
ность выделения САУ АВО в отдельный
специализированный программно-
аппаратный продукт, с проработкой
технических решений под конкретные
требования заказчика с учетом специ­
фики аппаратов воздушного охлажде­
ния различных типов.