Система автоматизации и диспетчерского управления высокопроизводительной установкой электрохимического получения кислорода и водорода

Система автоматизации и диспетчеризации предназначена для управления и контроля процесса получения кислорода и водорода на станции производства технологических газов ОАО НЭВЗ (г. Новосибирск). Проект реализован в ноябре 2008 г.

Получение технологических газов осуществляется методом электролиза воды генераторами водорода и кислорода. Генераторные установки имеют собственные локальные системы управления, которые дискретными сигналами обмениваются с системой автоматизации и диспетчеризации. Для нормального функционирования установки получения водорода, кислорода необходимо подавать очищенную воду под определенным давлением к генераторам, и осуществлять их охлаждение. Общий вид генераторной установки приведён на рис. 1.

Рис. 1 Общий вид генераторной установки

Также при работе высокопроизводительной установки производства кислорода и водорода возникает вероятность утечки взрывоопасных газов, что может привести к возникновению аварийной ситуации. С точки зрения обеспечения безопасности необходимо осуществлять контроль содержания объёмной доли газов Н₂ и О₂ в помещениях, где расположены генераторы и месте расположения резервуарного парка.

Задачи автоматизации и диспетчерского управления данным производством заключаются в следующем:

• дистанционное автоматическое и ручное управление процессом запуска генераторов и вспомогательных установок, обеспечивающих поддержание рабочих режимов;
• обработка сигналов с датчиков-газоанализаторов водорода и кислорода;
• формирование аварийной световой и звуковой сигнализации при превышении в помещении предельного уровня H₂ и O₂;
• управление работой приточной и вытяжной вентиляции в штатном и аварийном режимах;
• подача сигнала аварийной остановки на генератор H₂ и O₂;
• подача блокирующих сигналов на клапаны H₂ и O₂.

Структурная схема реализованной системы представлена на рис. 2.

Рис 2 Структурная схема

В состав системы входит ПЛК серии FX3U, панель оператора GOT-940, производства компании Mitsubishi Electric, и компьютер со SCADA-системой MasterSCADA. Указанное оборудование, а также оборудование вспомогательных установок размещено в помещениях, отделенных от помещений генераторов. Категория помещения, в котором расположены генераторы – В-1Б

Сигналы газоанализаторов и местных постов управления поступают на ПЛК через барьеры искробезопасности. Кроме сигналов с датчиков-газоанализаторов на контроллер поступает информация об уровне воды в баке-отстойнике и работы компрессора и холодильной установки, сигналы состояния вспомогательных установок и коммутационной аппаратуры.

Данная система управления выполняет следующие функции:

• Контроль содержания объёмной доли газов Н₂ и О₂ с помощью датчиков-газоанализаторов, аналоговые сигналы с которых заведены на входы контроллера. В случае превышения предаварийного порогового значения содержания объёмной доли газов Н₂ и О₂, контроллер формирует сигналы включения световой, звуковой сигнализации и сигналы управления приточной, вытяжной вентиляцией. В случае достижения аварийного порогового значения контроллер подает сигнал в систему управления генераторами водорода, кислорода на аварийную остановку генераторов и формирует сигнал на закрытие соответствующих клапанов газопроводов.

• Контроль и стабилизация давления воды с помощью управления насосами подачи воды к генераторам.

• Поддержание требуемой температуры генераторных установок, путем управления насосами охлаждающей жидкости системы охлаждения генераторных установок.

• Управление работой приточной и вытяжной вентиляции в автоматическом режиме с учетом условий окружающей среды, и обеспечение работы по специальному алгоритму в аварийном режимах.

Отображение основных параметров и дистанционное управление в ручном режиме обеспечивается с помощью панели оператора, расположенной на передней двери шкафа управления. 

Рис. 3 Скриншот мнемосхемы

Контроль работы установки и диспетчерское управление вентиляционными системами осуществляется с АРМ на базе компьютера оснащённого SCADA-системой MasterSCADA. АРМ оператора установки расположено в помещении диспетчерской и связано со шкафом управления по сети Ethernet. Скриншот одной из мнемосхем приведён на рис. 3

В результате выполненной работы, была разработана и внедрена система управления, обеспечивающая безопасное функционирование установки производства водорода и кислорода, за счет непрерывного контроля процентного содержания в воздухе взрывоопасных газов и удаленного диспетчерского контроля.