MODERNIZAREA SISTEMELOR DE AUTOMATIZARE - MONITORIZARE

MODERNIZAREA SISTEMELOR DE AUTOMATIZARE - MONITORIZARE

Generalitati

Marea majoritate a hidrocentralelor din tara noastra au fost construite in perioada anilor 1960 - 1990. Practic toata partea de protectii si automatizari a acestor centrale a fost realizata cu utilizarea releelor electromagnetice, avand la baza conceptii care dateaza din perioada interbelica. Datorita restrictiilor de tot felul, specifice perioadei mentionate, inca din momentul punerii in functiune au existat instalatii cu functionare necorespunzatoare, ceea ce a impus trecerea la functionarea in regim manual. In aceasta situatie sunt de exemplu instalatiile de ridicare - franare sau instalatiile de optimizare a pozitiei palelor rotorice la turbinele Kaplan. Peste toate aceste neajunsuri a intervenit si uzura fizica, precum si uzura morala deosebit de evidenta in conditiile revolutiei informationale actuale. De observat ca uzura morala a echipamentelor primare (baraj, turbina, generator, transformator, etc.) se face simtita intr-o masura mult mai mica.

Alt argument, in favoarea introducerii tehnicii moderne in conducerea proceselor tehnologice din hidrocentrale este pretul scazut, in raport cu beneficiile obtinute.

Instalatii si procese tehnologice din hidrocentrale

In hidrocentrale sau, in sens larg, in cadrul amenajarilor hidroenergetice, se desfasoara procesul tehnologic complex, de transformare a energiei potentiale a apei in energie electrica. Daca examinam mai aproape acest proces tehnologic complex, constatam ca el se compune dintr-o multitudine de procese tehnologice.

Orice proces tehnologic este format din doua componente de baza:

instalatia tehnologica specifica, si

sistemul (instalatia) de automatizare aferenta.

Functiile si parametrii functionali ai unui proces tehnologic pot fi modificati, schimband corespunzator algoritmul sistemului de automatizare aferent. Putem sa impartim instalatiile si respectiv, procesele tehnologice din hidrocentrale in: principale, secundare si auxiliare.

Instalatiile tehnologice principale sunt instalatiile care asigura, in mod nemijlocit, realizarea functiei de transformare a energiei potentiale a apei in energie electrica. Instalatiile tehnologice principale ale unei hidrocentrale sunt echipamentele primare, respectiv: barajul (cu lacul), aductiunea, turbina, generatorul, transformatorul si caile de curent care asigura evacuarea energiei produse. Iesirea din functiune a uneia dintre aceste instalatii conduce la intreruperea procesului de productie.

Aceste instalatii asigura, ele singure, functionarea in reqim stationar a centralei.

Instalatiile tehnologice secundare servesc la reglarea (inclusiv demararea - stoparea) procesului tehnologic complex de producere a energiei electrice. Ele sunt instalatii care, chiar daca nu contribuie in mod nemijlocit la procesul de producere a energiei electrice, sunt indispensabile acestuia, asigurand serviciile proprii ale echipamentelor primare. In aceasta categorie intra instalatiile tehnologice hidromecanice, instalatiile de alimentare cu energie electrica, instalatiile de protectii si automatizari.

Functionarea defectuoasa a unei astfel de instalatii poate sa conduca la intreruperea conversiei, imediat sau dupa un timp dar, oricum, are loc o scadere a randamentului de transformare.

Aceste instalatii asigura functionarea in regim tranzitoriu a centralei.

Instalatiile tehnologice secundare, functie de echipamentul primar deservit, se clasifica in

instalatii aferente hidroamenajarii, care sunt:

instalatii aferente barajului;

instalatii aferente traseului hidraulic baraj - centrala;

instalatii aferente hidrocentralei;

instalatii aferente hidroagregatului.

Instalatiile tehnologice auxiliare ale hidrocentralelor sunt instalatii care nu contribuie in mod nemijlocit la procesul de producere a energiei electrice. Ele au rolul de a inlesni aducerea celorlalte instalatii tehnologice la parametrii normali de functionare. In aceasta categorie intra pompe de golire, instalatii de ridicare, instalatii de ventilare, instalatii de stins incendii, etc.

Principii generale de realizare a automaticii actuale din CHE - uri

In continuare se prezinta principiile generale de realizare si functionare a instalatiilor tehnologice, respective a proceselor tehnologice secundare din cadrul hidrocentralelor.

Instalatiile tehnologice sunt formate din masini de forta care actioneaza masini de lucru. In hidrocentrale, masinile de lucru sunt, de regula, unul sau doua electromotoare (prevazute cu intreruptoare, elemente de protectie, etc.) care actioneaza masini de lucru, masini care, la randul lor, asigura utilitatile centralei. Masinile de lucru sunt compresoarele, pompele si ventilatoarele.

Din punct de vedere constructiv, elementele de baza ale instalatiilor tehnologice (electromotoarele si masinile de lucru) sunt amplasate distribuit in centrala, in apropierea echipamentelor primare pe care le deservesc. Alte componente ale instalatiilor tehnologice (intreruptoarele si elementele de protectie), sunt amplasate centralizat, in dulapuri (panouri) electrice, pentru a fi la indemana personalului de exploatare. Pe usile acestor panouri se gasesc lampi de semnalizare, butoane si chei de comanda.

Mai exista dulapuri de semnalizari, echipate cu relee de semnalizare, care asigura memorarea evenimentului aparut.

Principiile generale de functionare a proceselor tehnologice secundare din hidrocentrale sunt:

procesele tehnologice sunt destinate mentinerii unei marimi fizice in limite tehnologice normale, impuse;

la functionare normala, In regim automat, personalul nu intervine in proces decat pentru a realiza oprirea - pornirea sau Incarcarea - descarcarea de putere a hidroagregatului; - depasirea, cu o valoare mica, acceptabila, a limitelor normale este semnalizata 'preventiv', pe panourile electrice generale sau de grup, dupa caz;

depasirea limitelor de semnalizare 'preventiv', implica trecerea In starea 'avarie',

La aparitia situatiei de 'avarie', sistemul de automatizare comanda oprirea centralei sau grupului, dupa caz.

Instalatiile tehnologice sunt astfel concepute incat la iesirea din functiune a sistemului de automatizare, sau In situatia de "avarie", elementele componente ale instalatiei sa treaca in cea mai sigura stare, din punct de vedere al securitatii personalului si echipamentelor.

Principiile generale de realizare a automatizarilor aferente proceselor tehnologice secundare, respectiv algoritmurile de functionare a sistemelor de automatizare aferente acestor procese, sunt:

se asigura regimul de functionare "manual", care implica posibilitatea de a comanda electromotoarele in mod direct, cu ajutorul unor chei sau butoane de comanda;

se asigura regimul de "oprit" in care electromotoarele nu mai pot fi actionate, acest regim fiind util in cazul efectuarii interventiilor la utilaj;

se asigura regimul de "local" in care electromotoarele pot fi actionate numai de la fata locului, de asemenea, acest regim este util in cazul efectuarii interventiilor la utilaj;

in cazul in care instalatia este prevazuta cu doua electromotoare, la un moment dat numai unul este pregatit sa intervina (cel numit "de lucru"). Celalalt electromotor este "de rezerva". EI intervine daca electromotorul "de lucru" nu este capabil singur sa aduca marimea fizica in interiorul parametrilor stabiliti;

se asigura posibilitatea selectarii atat a electromotorului de lucru" cat si a celui "de rezerva".

Automatizarile sunt de tipul discret, "in doua puncte". Aceasta inseamna ca masina de forta, respectiv electromotorul, este in functiune atat .timp cat este necesar aducerii parametrului reglat in limitele impuse. In restul timpului electromotorul este oprit.

O instalatie de automatizare tipica, clasica, cuprinde chei de comanda, sesizoare, relee electromagnetice, lampi si relee de semnalizare. Sesizoarele, functie de natura parametrului reglat, pot fi de urmatoarele tipuri:

sesizoare cu plutitor, daca se regleaza un nivel;

contactele unui manometru cu contacte electrice, daca se supravegheaza o presiune sau o temperatura;

microintreruptoare, daca se urmareste deplasarea in spatiu a unor elemente.

Din punct de vedere constructiv, amplasarea este urmatoarea:

local, langa echipamentul condus, se afla elementul sensibil, de masura si cheile de comanda locala si de alegere a regimului "local - distanta";

in panourile de comanda si automatizari se afla contactoarele de comanda a masinii de forta, cheia de selectie "lucru - rezerva" si logica care realizeaza, cu ajutorul releelor electromagnetice, algoritmul de comanda al instalatiei tehnologice.

Se observa ca informatia furnizata de elementul de masura este trimisa de la electromotor la panouri; aici se ia decizia si se comanda contactorul, care trimite energia de actionare inapoi catre electromotor. De asemenea, decizia tine cont si de informatia oferita de panoul de comanda locala.

Rezulta ca sistemul de automatizare existent, clasic, este imprastiat in spatiu, informatia circuland intre panourile de comanda si locul de amplasare a utilajului actionat. Acest lucru genereaza:

- risipa de materiale (in special cabluri);

- posibilitati marite de defectare (datorita si existentei numeroaselor conexiuni);

- dificultati in depanere.

Notiuni noi introduse de tehnica moderna

Telemecanica, reprezinta o notiune care in prezent este depasita. Ea reprezinta atat conceptia cat si totalitatea echimamentelor care permit transmiterea informatiilor intre centrala si dispecerul de hidrocentru. Dispecerul, pe baza informatiilor sosite din centraIa, ia decizii pe care le trimite inapoi la centrala sub forma de comenzi. In unele locuri s-a incercat modernizarea acestei instalatii, prin montarea de calculatoare, dar solutia este un paleativ.

Informatizare. Montarea intr-o hidrocentrala a unui singur element care contine un microprocesor semnifica faptul ca, in acea hidrocentrala, procesul de informatizare a inceput.

SCADA = Supervizory, Control and Data Aquisition, este numele nou, actualizat, al notiunii de telemecanica.

Inteligent, notiune atasata unui echipament, de regula un traductor. Semnifica faptul ca respectivul echipament este prevazut cu iesire seriala de date; deci poate fi cuplat la un utilaj de calcul. Avantajul acestui mod de cuplare este ca transmiterea informatiilor se poate face practic, fara eroare. Un echipament inteligent este prevazut intotdeauna cu microprocesor.

Monitorizare = supraveghere. Circulatia informatiilor se face intr-un singur sens; de la echipamentele componente ale hidrocentralei la operatorul uman. Un bun sistem de monitorizare asigura si semnalizarea in cazul depasirii unor limite impuse.

Automat programabil = utilaj de calcul destinat automatizarii proceselor industriale.

Automatizare. Sistem sau instalatie care, pe baza informatiilor primite din instalatia tehnologica si pe baza unui algoritm prestabilit, genereaza comenzi catre instalatia tehnologica, fara interventia operatorului uman. Acesta este, cel mult, informat de ceea ce s­-a intamplat. Automatizarea realizeaza in mod implicit si functia de monitorizare.

Optimizare. Notiunea desemneaza totalitatea masurilor care se iau in vederea maximizarii sau minimizarii unor parametri de exploatare (consum specific minim, putere debitata maxima, etc.).

Conducere automata. Notiunea se refera la un sistem inteligent care realizeaza, simultan, precedentele doua notiuni (spre deosebire de inteligenta artificiala nu stie sa "invete" singur). Din punct de vedere constructiv, automatica electronica, moderna, opereaza cu notiuni ca: intrari si/sau iesiri numerice (se mai numesc si digitale), intrari si/sau intrari analogice. Indeobste se considera sistemul de automatizare ca un bloc (cutie neagra), prevazut cu intrari si iesiri.

Intrarile analogice sunt reprezentate de tensiuni (sau curenti) cu variatie continua. Ele pot reprezenta, in mod proportional, variatia unei marimi fizice (presiuni, nivele, etc.). Similar este cazul iesirilor analogice (de exemplu tensiunea care comanda palele rotorice la turbinele Kaplan).

Intrarile numerice reprezinta situatii discrete, de exemplu pozitia unui intreruptor sau a unui electroventil inchis-deschis. Iesirile numerice care se mai numesc si comenzi sunt de asemenea bipozitionale. De obicei se comanda un contactor, respectiv un electromotor, in una din cele doua stari: pornit sau oprit.