Семь советов по проектированию шкафов управления промышленного газоиспользующего оборудования

<i><b>Джефф Ламор, Honeywell Thermal Solutions</b></i> — "**Джефф Ламор, Honeywell Thermal Solutions**"

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 заказчика и в каждом проекте есть свои уникальные требования, приводящие к нестандартным проектам шкафов управления, которые значительно усложняют инжиниринг, пуско-наладку и техническое обслуживание.

Особые требования конечного заказчика приводят к использованию неоправданно большого количества различных компонентов (например, таких как различные версии реле пламени, контроллеров температуры и уставок, подсистем регуляторов соотношения газ-воздух и 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 шкафа управления, которая:

работает во всем диапазоне применений с минимальными изменениями;
управляет разными горелками с различными требованиями к управлению соотношением газ-воздух;
использует универсальное «железо»;
уменьшает инжиниринг, требуемый при разработки новых проектов;
осуществляет дистанционный контроль за работой оборудования, чтобы сократить простои и минимизирует стоимость ремонта оборудования;

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

"Это 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 новый шкаф управления для каждого нового заказчика или установки. Хорошим решением будет выбор одного или двух стандартных решений для шкафа управления, которые закрывают 80% требований Ваших заказчиков, и затем настраиваются под каждого индивидуального случая с помощью конфигурирования.
Такая спецификация стандартного шкафа должна создаваться специалистом и рабочей группой, которые обладают наибольшим уровнем знания общей картины требований конечных заказчиков. 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. Когда у заказчика появляются особые требования, стандартная конструкция сможет обеспечить эффективную основу для «нестандартных» проектов и, если спроектирована правильно, будет легко настраиваться. За счет минимизации количества инжиниринга, использование стандартной конструкции сократит время на превращение исходного проекта в изготовленную, протестированную и запущенную в эксплуатацию систему управления газовыми горелками..

Совет №2: Обеспечь гибкость проектного решения

Разрабатывая свой стандартный проект, подумайте о требованиях, которые Ваши клиенты будут предъявлять к каждой части системы. Рассмотрите требования в каждой категории ниже, которые вы хотите включить в единый стандартизированный проект:

Управление горелкой

Прямое зажигание горелки, периодически или постоянно работающая запальная горелка.
Одинарный или двойной контроль пламени.
Варианты последовательности работы горелки, такие как: проверка клапанов на герметичность, ранний останов зажигания, синхронизация работы клапанов запальной и основной горелки

Контроль соотношения газ-воздух

Параллельное позиционирование заслонок подачи газа и воздуха, полностью измеряемое соотношения газ- воздух, опции рециркуляции дымовых газов
Количество и тип исполнительных механизмов и частотно-регулируемых приводов
Положение привода, ЧРП и допустимые отклонения частоты

Параметры безопасности

Количество и тип термопар, термометров сопротивления и датчиков 4–20 мА
Специальная логика, такая как сравнение двух датчиков и усреднение показателей

Управление температурой

Локальный ПИД-регулятор или дистанционное управление мощностью горелки.
Точность датчика и контура управления
Параметры удалённых настроек

Интерфейс

Пользовательские интерфейсы, включая сенсорный экран, монтируемый на двери шкафа, лампы и кнопки управления, дискретный контроллер и индикаторы контроля пламени
необходимо подключение к вышестоящему ПЛК или системе ПТК

Другие требования

Использование средств управления горелкой с сертификатом SIL означает, что Ваш проект будет применим для всех условий, включая те, в которых клиент требует соответствия требованиям 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 рассматривается ниже) также обеспечивает долгосрочную выгоду, помогая предотвратить перебои в работе.

Производитель гипсовых изделий повысил производительность и надежность своей производственной <br> линии благодаря встроенным средствам управления горением.<br> — "Производитель гипсовых изделий повысил производительность и надежность своей производственной
линии благодаря встроенным средствам управления горением.
"

Совет №3: Выберите правильное оборудование

Обычно оборудование в шкафу управления состоит из отдельно стоящего автомата контроля пламени, регулятора соотношения воздух-газ, устройства одноконтурного контроля температуры и защиты от превышения 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 другой автомат контроля пламени, когда меняется время безопасности). На это уходит много времени на перепроектирование подключения устройств в шкафу.

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

Интегрируемые системы управления горением включают в себя все вышеупомянутые устройства на одной аппаратной платформе. Это значит, что одна и та же платформа будет применяться в каждом поставляемом шкафу управления, а программа будет конфигурироваться под заданные заказчиком требования.

Как пример, платформа Honeywell SLATE^™ включает в себя управление горелкой, контроль соотношения газ-воздух, управление уставками параметров безопасности, включение аварийной сигнализации 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 внутришкафной электропроводки и снижает стоимость изготовления шкафа.

Каждый раз имеется возможность применения в проектах SIL-сертифицированных ПЛК и разработки своих собственных программ управления горелками. Отрицательная стороны использования SIL-сертифицированных ПЛК в том, что обычно они стоят больше т.к. имеют функции, которые могут не потребоваться при управлении горелками в некоторых проектах. Кроме того, время и стоимость инжиниринга увеличится, т.к. вам придется самостоятельно разрабатывать программы для управления последовательностью работы горелок и других функций и затем программировать логику осуществления функции контроля соотношения газ-воздух и уставок по превышению температуры. При применении интегрированных систем управления типа Slate, аппаратная часть уже рассчитана для данного применения, а логика управления прошла необходимые сертификации.

Совет №4: Создайте библиотеку функциональных блоков

Как только вы выбрали оборудование, пришло время его программировать. Простой и наглядный способ применить ваш стандартный проект – использовать программирование функциональными блоками. Использование стандартной библиотеки, поддерживающей общие действия управления горелками, позволит вам работать во многих случаях только с небольшим или в целом без дополнительного инжиниринга и программирования.

Средства управления горением могут объединять управление горелкой, контроль соотношения газа 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 электропроводки шкафа, снижая затраты на его изготовление.

Совет №5: Подключите удаленный мониторинг
При аварийном отключении печи или котла, стоимость простоя для заказчика может достигать миллионов рублей в час. Включив систему дистанционного мониторинга в свою стандартную панель, вы сможете уведомлять персонал владельца установки и сервисных служб о проблемах, которые могут приводить к простою, проводить удаленные консультации по устранению неисправности, если такой останов уже произошел. Это также позволить вооружить Ваших техников необходимой информацией о возникшей проблеме и требуемым запчастям перед выездом на объект. Для производителей котлов и печей это дает дополнительное преимущество т.к. позволяет им компоновать сервисный пакет обслуживания заказчиков на основании действительных условий работы оборудования.
Удаленный мониторинг требует предварительного планирования на этапе разработки. Вам потребуется 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 сопровождение подразделением IT компании-заказчика. Многие промышленные предприятия не позволяют отслеживающее оборудование, подключенное 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 объём применённого оборудования, если проект становится слишком громоздким и дорогим
Если Ваш 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.

"Используя стандартизированные, конфигурируемые конструкции
шкафа управления горелками, производители оборудования для технологического нагрева могут сократить время разработки проекта, сократить запасы компонентов, представить более надежные системы для своих заказчиков и обеспечить лучшее обслуживание в случае возникновения проблем.
"

Совет №7: Планируйте достаточно времени для тестирования
Тщательное тестирование законченного шкафа управления 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 шкафов управления горелками, 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. Добавив функцию удаленного мониторинга 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 увеличивающееся количество случаев, которые представляли угрозу безопасности персонала завода и угрожали надежности производственной линии, и он обратился к 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 и запасными частями для устранения неисправностей, а инженеры завода могут предупреждать возникновение проблем, используя Thermal IQ для выявления тенденций неисправностей и прогнозирования отказов.