Product manager of Honeywell Thermal Solutions (Jeff Lamore)

7 tips for Designing Combustion Control Panel

Производители нагревательного оборудования, такого как печи, сушилки и котлы, использующие газовые горелки сталкиваются с рядом проблем при разработке панелей управления горением.

Управление горением важно для безопасной и эффективной работы горелок. Тем не менее, у каждого предприятия и в каждом проекте есть свои уникальные требования, приводящие к нестандартным проектам панелей, которые значительно усложняют инжиниринг, пуско-наладку и техническое обслуживание.

Особые требования предприятий приводят к использованию неоправданно большого количества различных компонентов (например, различные версии реле пламени, контроллеров температуры и уставок, подсистем регуляторов соотношения газ-воздух и программируемых логических контроллеров (ПЛК)). И чем больше количество таких компонентов, тем сложнее поддерживать необходимый запас запчастей и справляться с гарантийными обязательствами.

Что на самом деле требуется производителям нагревательного оборудования — это стандартизированная, гибкая конструкция панели управления, которая:

  • Работает на всем диапазоне применений с минимальными изменениями;
  • Управляет разными горелками с различными последовательностями и требованиями к управлению соотношением газ-воздух;
  • Использует общую аппаратную часть;
  • Уменьшает инжиниринг, требуемый для разных проектов;
  • Может контролироваться дистанционно, чтобы максимизировать рабочее время и минимизирует стоимость ремонта.

В этой статье выделены семь основных приемов для разработки такого решения, от выбора аппаратной части до разработки, внедрения и тестирования.

secure cellular modem

Пример безопасного сотового модема и приложения, которое можно настроить для удаленного мониторинга технологического оборудования горения.

Совет № 1: Выберите единый стандарт

Из-за того, что у большинства проектов есть уникальные требования, производителям часто приходится разрабатывать новую панель управления для каждого нового предприятия или применения. Хорошим решением будет выбор одного или двух стандартных решений для панели управления, которые закрывают 80% требований, и затем настраиваются под каждый индивидуальный случай с помощью конфигурирования.

Такая спецификация стандартной панели должна создаваться специалистом и рабочей группой, которые обладают наибольшим уровнем знания общей картины требований предприятий.

Эта стандартная конструкция должна иметь конфигурируемое программное обеспечение и аппаратные средства, чтобы все нужные параметры могли бы настраиваться под каждый проект без необходимости каждый раз начинать проект с нуля.

В случае появления особых требований, стандартная конструкция сможет обеспечить эффективную основу для «нестандартных» проектов и может легко настраиваться.

За счет минимизации количества инжиниринга, использование стандартной конструкции сократит время на превращение исходного проекта в систему управления горением, которая была протестирована и запущенна в производство.

Совет № 2: Добавьте гибкость в проект

Разрабатывая стандартный проект, необходимо подумать о требованиях, которые предприятия предъявляют к каждой части системы. Ниже указаны основные требования к каждой категории, которые могут быть включены в единый стандартизированный проект:

  • Управление горелкой:
    • Прямое зажигание горелки, прерываемая или постоянно работающая запальная горелка?
    • Одинарный или двойной контроль пламени?
    • Варианты последовательности работы горелки, такие как проверка клапанов на протечку, ранний останов зажигания, синхронизация запального и основного клапана и удержание запального клапана.
  • Контроль соотношения газ-воздух:
    • Параллельное позиционирование подачи O2, полностью измеряемое соотношения воздух / топливо и опций рециркуляции дымовых газов;
    • Количество и тип приводов и частотно-регулируемых приводов;
    • Положение привода, ЧРП и допустимые отклонения частоты.
  • Уставки безопасности:
    • Количество и тип термопар, термометров сопротивления и датчиков 4–20 мА;
    • Специальная логика, такая как сравнение двух датчиков и усреднение показателей.
  • Управление температурой:
    • Местный ПИД-регулятор или дистанционное управление мощностью горелки?
    • Точность датчика и контура управления;
    • Параметры удаленных уставок.
  • Интерфейс:
    • Пользовательские интерфейсы, включая сенсорный экран, монтируемый на панели двери, лампы и кнопки управления, дискретный контроллер и индикаторы контроля пламени;
    • Вам необходимо подключиться к вышестоящему ПЛК или системе ПТК?
  • Другие требования:
    • Использование средств управления горелкой с рейтингом SIL (Safety Integrity Level) означает, что проект будет работать для всех применений, включая те, в которых требуется одобрения SIL
    • Первое оповещение, которое часто пропускается в приложениях, чувствительных к затратам, экономит время в течение срока службы системы, упрощая выявление первопричины неисправностей горелки;
    • Удаленный мониторинг системы (более подробно обсуждается ниже) также обеспечивает долгосрочную выгоду, помогая предотвратить перебои в работе.

integrated combustion controls

Производитель гипсовых изделий повысил производительность и надежность своей производственной линии благодаря встроенным средствам управления сгоранием.

Совет № 3: Выберите правильное оборудование

Обычно оборудование в панели управления состоит из отдельно стоящего реле пламени, контроллера соотношения воздух-газ, устройства одноконтурного контроля температуры и защиты от высокой температуры, связанных вместе и интегрированных с внешним контроллером процесса ПЛК или ПТК. Это оборудование отвечает системным требованиям, но требует использования различных версий каждого из устройств в зависимости от требований проекта (т.е., например, каждый раз требуется другое реле пламени, когда меняется время безопасности). На это также уходит много времени на переподключение устройств в панели.

Чтобы внедрить стандартную конструкцию панели управления горением, необходимо уйти от традиционной жесткой логики к конфигурируемым и программируемым системам.

Интегрируемые системы управления горение включают в себя все вышеупомянутые устройства в одной аппаратной платформе. Это значит, что одна и та же платформа будет применяться в каждой поставляемой панели, а программа будет конфигурироваться под заданные заказчиком требования.

Как пример, платформа Honeywell SLATE™ включает в себя управление горелкой, контроль соотношения топливо-воздух, управление уставками безопасности, оповещатель и программируемый ПЛК с пользовательским интерфейсом как одну систему. Все функции SLATE по управлению горением и горелкой конфигурируемы и сертифицированы для различных применений. Применение SLATE исключает большую часть расключения проводки и снижает стоимость изготовления панели.

Еще возможно применением SIL-сертифицированных ПЛК и разработку своих собственных программ управления горением. Отрицательная стороны использования SIL-сертифицированных ПЛК в том, что они могут быть избыточными, так как имеют функции, которые могут не потребоваться при управлении горением. Кроме того, время и стоимость инжиниринга увеличится, т.к. пользователю придется самостоятельно разрабатывать программы для управления последовательностью горения и других функций и затем передавать логику на одобрение при обеспечении функций контроля соотношения топливо-воздух и высокотемпературных уставок. При применении интегрированных систем управления, аппаратная часть уже рассчитана на заданные применения, а логика прошла необходимые проверки.

Совет № 4: Задайте библиотеку функциональных блоков

Как только оборудование выбрано, пришло время его программировать. Простой и наглядный способ применения стандартного проекта — использовать программирование функциональными блоками. Использование стандартной библиотеки, поддерживающей общие действия управления горением, позволит работать со многими применениями с небольшим или вообще без дополнительного инжиниринга и программирования.

Combustion controls

Средства управления горением могут объединять управление горелкой, контроль соотношения топлива и воздуха, контроль уставок безопасности горения, оповещениями, программируемый ПЛК и пользовательский интерфейс пользователя в единую систему. Конструкция аппаратного обеспечения этой системы исключает большую часть внутренней проводки панели, снижая затраты на изготовление панели.

Совет № 5: Включите удаленный мониторинг

Когда печь, нагреватель или котел не работает, стоимость простоя для предприятий может достигать миллионов рублей в час. Включив систему дистанционного мониторинга в свою стандартную панель, появится возможность уведомлять пользователя о проблемах, которые могут приводить к простою, заранее или проводить удаленные консультации, если такой останов уже произошел. Это также позволить вооружить сервисных инженеров необходимой информацией о возникшей проблеме и запчастями перед выездом на объект. Для производителей котлов и печей это дает дополнительное преимущество т.к. позволяет им компоновать сервисный пакет обслуживания предприятий на основании действительных условий работы оборудования.

Удаленный мониторинг требует предварительного планирования на этапе разработки. Необходимо будет определить, какие параметры будут отслеживаться, какие будут выдавать сигнал тревоги, и кого следует уведомить о происходящих событиях.

От правильного выбора оборудования для удаленного мониторинга будут зависеть безопасность системы и ее одобрение подразделением IT предприятий. Многие промышленные предприятия не позволяют установку отслеживающее оборудование, подключенного к внутренним сетям, для обеспечения кибербезопасности. В то же время, использование модема сотовой связи для мониторинга процессов горения и нагрева позволяет работать независимо от внутренней сети предприятия. Такой модем сотовой связи может располагаться в сотнях метров от установки и должен соединяться с сервером базы данных.

Примером такой системы может служить Honeywell Thermal IQ™, которая легко конфигурируется для удаленного мониторинга процессов горения.

Совет № 6: Уменьшайте объем поставки, если проект становится слишком громоздким

Если проект становится громоздким, нужно сузить требования к функциональности или включить дополнительные элементы.

Двумя признаками слишком сложной конструкции являются слишком много трудно объяснимых параметров конфигурации и запутанная проводка панели для датчиков или управляющих сигналов.

configurable combustion control panel

Используя стандартизированные, конфигурируемые конструкции панели управления горением, производители оборудования для технологического нагрева могут сократить время разработки проекта, сократить запасы компонентов, представить более надежные системы для предприятий и обеспечить лучшее обслуживание в случае возникновения проблем.

Совет № 7: Отведите достаточно времени для тестирования

Тщательное тестирование законченной панели выглядит очевидным шагом, но может потребовать много времени из-за большого количества конфигурируемых функций.

Выполнение тестов с использованием инструментов моделирования программ ПЛК и в средах, работающих в режиме реального времени, стоит этих затрат времени, поскольку оно помогает предотвратить производственные задержки и выявлять ошибки проектирования перед установкой и вводом в эксплуатацию.

Заключение

Используя стандартизированные, конфигурируемые конструкции панели управления горением, производители оборудования для технологического нагрева могут сократить время разработки проекта, сократить запасы компонентов, представить более надежные системы для своих заказчиков и обеспечить лучший сервис в случае возникновения проблем.

А добавив удаленный мониторинг, производители могут также создавать свои собственные программы профилактического технического обслуживания для конечных пользователей.

Пример из практики: производитель гипсовых изделий повышает производительность и надежность производственной линии, используя Honeywell SLATE

Задача:
У ведущего производителя гипсокартонных плит стало появляться все больше случаев, которые представляли угрозу безопасности персонала завода и угрожали надежности производственной линии, и он обратился к компании Honeywell. В частности, тепловым системам компании не хватало возможностей подключения и связи, чтобы определить тенденции производительности, возможные сбои и отслеживать ошибки. При появлении проблем, персонал предприятия не мог описать их достаточно подробно для удаленной поддержки, что требовало дорогостоящих посещений объекта.

Решение:
Компания решила внедрить Honeywell SLATE, новое поколение гибких систем управления горением, сочетающих настраиваемые функции безопасности с программируемой логикой в единой модульной платформе управления горелкой. Это решение уменьшает занимаемую площадь панели управления и может быть настроено для любого применения процессов горения. В тандеме была развернута Honeywell Thermal IQ — кибербезопасное облачное приложение, обеспечивающее доступ к критическим данным о тепловых процессах в любое время и в любом месте. С помощью Thermal IQ персонал может просматривать оповещения и информацию о состоянии на своих смартфонах или планшетах и, при необходимости, выполнять детализацию.

Результаты:
Развертывание решение SLATE / Thermal IQ позволило клиенту сразу определить и устранить остановы в работе печи, в течение нескольких часов, а не дней, которые потребовались бы ранее, что сэкономить более 7 млн. рублей на сокращении производственных потерь, лома, аварийной установки и сторонних услугах.

Кроме того, устранение неполадок стало более эффективным, поскольку специалисты по техническому обслуживанию теперь прибывают на завод с необходимыми инструментами для устранения проблем, а инженеры завода могут предупреждать возникновение проблем, используя Thermal IQ для выявления тенденций неисправностей и прогнозирования отказов.

Подробнее на английском языке

Отправить запрос на дополнительную информацию на русском языке.