Многозадачная система контроля и управления Series-4

Series-4 является специализированной иерархически распределённой многоуровневой управляюще-информационной цифровой системой, предназначенной для автоматизации не только ГПА, но и КЦ и КС в целом.

В агрегатный уровень системы входят: программно-аппаратный модуль GTCC для регулирования ГПА; программно-аппаратный модуль GTLC для сбора и логической обработки параметров и управления исполнительными механизмами (ИМ); датчики, нормирующие преобразователи; ИМ и клапаны; модули ввода-вывода IOM; модули расширения ЕIOM.

В цеховой уровень управления входят: программно-функциональный модуль регулирования параметров КЦ MPIC; станция оператора КЦ - Shop Operator Interface Station (SHOIS); датчики цехового уровня.

Агрегатный уровень обеспечивает: регулирование параметров ГПА в пределах заданных ограничений; предотвращение помпажа нагнетателей; задание режима ГПА в соответствии с выходными сигналами цехового модуля регулирования МPIC; участие в автоматическом пуске и останове ГПА; вывод его в магистраль и из неё.

Цеховой уровень управления обеспечивает: поддержание заданного значения расхода КЦ; распределение в заданном диапазоне нагрузки между агрегатами; связь с системой верхнего уровня.

Все программно-аппаратные модули располагаются на блок каркасе Multi Functional Chassis (MFC). Все модули выполняются дублированными, то есть с горячим резервированием, и занимают на каркасе по два гнезда. Для подключения аналоговых, дискретных и частотных сигналов контроллеры оснащаются аппаратными модулями связи Field Termination Assembly (FTA), где сигналы с датчиков нормируются и поступают в программно-аппаратные модули где фильтруются и преобразуются в цифровую форму.

Цифровая последовательная связь между модулями ПТС Series-4 (S4) и станцией оператора КЦ использует интерфейс RS-422, который предполагает наличие двух каналов связи, одного для передачи данных, второго для приёма. В соответствии с сформулированными во введении задачами система включает в себя: первичные и нормирующие преобразователи параметров; программно-технические средства S4; антипомпажный клапан, по одному на каждый нагнетатель; управляющие клапаны, воздействующие на расход топлива, для управления режимом работы приводной газотурбинной установкой (ГТУ), по одному на каждый агрегат; оснащённую мониторами станцию оператора (одна на КЦ).

В состав программного обеспечения входит ряд программ, каждая из которых имеет свои функции.

Перечень программ рассмотрен в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Перечень прикладных программ в ПТС Series-4

Модуль регулирования расхода топлива GT поддерживает частоту вращения нагнетателя, при нормальной работе в функции модуля также входит следующее: открытия топливного клапана Amot в зависимости от давления осуществление последовательности запуска турбины; понижение оборотов турбины при нормальном останове; ограничение max оборотов компрессора низкого давления (КНД); ограничение макчимальных и минимальных оборотов компрессора высокого давления (КВД); ограничение температуры продуктов сгорания; ограничение за осевым компрессором.

GTCC (Gas Turbine/Compressor Control Module) - программно-аппаратный модуль регулирования ГПА, программное обеспечение которого включает в себя программы AS, GT и PC;

SHMC (Shop Master Control Module) - программно-аппаратный модуль регулирования параметров компрессорного цеха либо группы ГПА.

SHCC (Shop Communication Control Module) - программно-аппаратный коммуникационный модуль КЦ. Модуль осуществляет связь между всеми уровнями управления КС - станционным, цеховым и агрегатным. Выполнены с «Горячим» резервированием и связаны с другими программно-аппаратными модулями своего КЦ и друг с другом резервированными скоростными каналами.

Все функции системы по регулированию выполняются при работе GT в режиме дистанционного управления. В этом режиме GT получает задание по оборотам нагнетателя от РС.

Модуль антипомпажного регулирования (АР) AS постоянно рассчитывает расстояние рабочей точки нагнетателя от помпажа и передаёт её цеховому контроллеру для осуществления противопомпажного регулирования и защиты, кроме того, AS рассчитывает девиацию (Dev) - расстояние до линии противопомпажного регулирования, и степень сжатия нагнетателя и передаёт их в регулятор нагрузки (РН) и служит для поддержания заданного давления на выходе агрегата, ввода-вывода, агрегата из трассы, поддержания переменных процесса в безопасных пределах. Если по каким либо причинам несмотря на работу противопомпажной защиты нагнетателя попадает в помпаж, то AS распознаёт его. Если в агрегате зарегистрирован помпаж, то в фиксируемом окне станции управления «Панель управления цеха» появится сообщение о регистрации помпажа. Модуль AS может находиться в одном из пяти рабочих статусов, описанные на рисунке 3.6.

Статусы модуля AS определяются на основании измеряемых параметров и команд управления от логического контроллера GTLC или операторской станции.

Модуль AS переходит в статус «Полный останов» сразу после включения электропитания или через статус «Холостой ход», после получения команды НО при нахождении модуля AS в статусе «Работа» или сразу после получения команды аварийный останов (АО) при нахождении модуля AS в статусах «Работа» или «Стоп».

После завершения останова антипомпажный клапан полностью открыт (при снятии питания с комплекса, клапан раскрывается автоматически).

Статус продувки выбирается тогда, когда получена команда на продувку в то время, когда модуль AS находится в статусе «Полный останов», либо в статусе «Ручное регулирование» (если это разрешено). При этом модуль AS принудительно закрывает антипомпажный клапан, что заставляет газ при продувке пройти через компрессор. Статус «Продувка» может использоваться при необходимости закрытия АПК в конце аварийного или нормального останова. В этом случае снятие питания с комплекса можно производить только при закрытом кране 6. При необходимости клапан может быть закрыт вручную.

Модуль AS автоматически переходит в статус «Работа» после запуска ГПА и будет находиться в данном статусе до перехода в статус «Ручное управление» или «Стоп». В статусе «Работа» модуль AS функционирует в соответствие с алгоритмами предотвращения помпажа и распределения нагрузки. Модуль AS закрывает клапан, если нет помпажной ситуации.

Модуль AS переходит из статуса «Работа» в статус «Стоп» тогда, когда значение расхода, давления или частоты вращения становится ниже заданной пороговой величины на период времени, превышающий заданный, или когда получен запрос на переход к режиму холостого хода. При этом модуль AS открывает клапан с постоянной скоростью.

Модуль AS может переходить в статус «Ручное управление» (если это разрешено) при проведении пуско-наладочных работ. При этом антипомпажный клапан дистанционно управляется оператором.

Модуль регулирования нагрузки (РН) всех агрегатов поддерживает одинаковое расстояние от линии помпажа Dеv, которая рассчитывается в противопомпажном регуляторе, и может быть отмасштабирована с помощью коэффициентов распределения нагрузки. Заданием на РН всех агрегатов, служит наибольшая DEV из всех передаваемых АР и выбираемая мастером. РН ограничивает давление на выходе нагнетателя на уровне 7,55 МПа.

Модуль регулирования КЦ - Мастер регулятор поддерживает давление на выходе КЦ. Диапазон изменения задания: 3,00-7,50 МПа.

При повышении задания (или когда давление выхода падает ниже задания) мастер посылает сигналы на увеличение оборотов всем работающим модулям РН.

Увеличение задания оборотов каждого агрегата будет осуществляться до достижения давления на выходе цеха заданной величины, до достижения предельного значения одного из ограничиваемых параметров.

Уменьшение задания по оборотам от мастера для каждого агрегата будет осуществляться до достижения давлением на выходе КЦ заданной величины, или до достижения минимальных регулируемых оборотов нагнетателя, или пока DEV не будет меньше 0,06.

Распределение между параллельно работающими ГПА осуществляется по заданному соотношению (равенству) расстояний рабочих точек нагнетателей от линии настройки всех АР, обеспечивая одновременное прибытие рабочих точек нагнетателей от линии настройки своих модулей АР и предотвращая тем самым рециркуляцию одного или нескольких нагнетателей до тех пор, пока есть возможность предотвращения её за счёт распределения нагрузки. Кроме того, повышение задания от мастера прекращается, если на выходе цеха давление станет превышать 7,50 МПа. Мастер переходит в режим ограничения и поддерживает это давление оборотами более активно пока давление не станет ниже 7,53 МПа и мастер контроллер не перейдёт в режим нормального регулирования.

Если давление превысит 7,55 МПа, то включается алгоритм ограничения давления перепуском газа через АПК. АПК всех агрегатов открывается до понижения давления до уставки не более 7,55 МПа.