Automatizace kotelen: popis, zařízení a schéma

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Pro regulaci a optimalizaci fungování kotlových jednotek se již v počátečních fázích automatizace průmyslu a výroby začaly využívat technické prostředky. Současná úroveň rozvoje v této oblasti může výrazně zvýšit ziskovost a spolehlivost kotlového zařízení, zajistit bezpečnost a intelektualizaci práce personálu údržby.

Cíle a cíle

Moderní systémy automatizace kotelen jsou schopny zaručit bezproblémový a efektivní provoz zařízení bez přímého zásahu obsluhy. Lidské funkce jsou redukovány na online sledování výkonu a parametrů celého komplexu zařízení. Automatizace kotelen řeší následující úkoly:

• Automatický start a stop kotlů.
• Regulace výkonu kotle (kaskádové řízení) podle daného primárního nastavení.
• Řízení napájecích čerpadel, řízení hladinchladicí kapalina v pracovním a spotřebitelském okruhu.
• Nouzové zastavení a aktivace signalizačních zařízení v případě, že provozní hodnoty systému překročí stanovené limity.

Objekt automatizace

Kotelové zařízení jako objekt regulace je komplexní dynamický systém s mnoha vzájemně souvisejícími vstupními a výstupními parametry. Automatizaci kotelen komplikuje skutečnost, že rychlost technologických procesů v parních jednotkách je velmi vysoká. Mezi hlavní nastavitelné hodnoty patří:

• průtok a tlak chladicí kapaliny (vody nebo páry);
• vypouštění do pece;
• hladina krmné nádrže;
• V posledních letech byly na kvalitu připravované palivové směsi a v důsledku toho na teplotu a složení spalinových produktů kladeny zvýšené ekologické požadavky.

Úrovně automatizace

Stupeň automatizace se nastavuje při projektování kotelny nebo při generální opravě/výměně zařízení. Může být v rozsahu od ručního řízení podle indikací přístrojového vybavení až po plně automatické řízení podle algoritmů závislých na počasí. Úroveň automatizace je primárně určena účelem, kapacitou a funkčními vlastnostmi provozu zařízení.

Moderní automatizace kotelny znamená integrovaný přístup - subsystémy pro sledování a regulaci jednotlivých technologických procesů jsou spojeny do jediné sítě s funkčnímiskupinové ovládání.

Celková struktura

Automatizace kotelen je postavena na dvouúrovňovém regulačním schématu. Nižší (polní) úroveň zahrnuje lokální automatizační zařízení na bázi programovatelných mikrokontrolérů, které realizují technickou ochranu a blokování, úpravu a změnu parametrů, primární převodníky fyzikálních veličin. Patří sem také zařízení určená ke konverzi, kódování a přenosu informačních dat.

Horní úroveň může být reprezentována jako grafický terminál vestavěný do rozvaděče nebo jako pracovní stanice operátora založená na osobním počítači. Zobrazuje všechny informace přicházející z mikrokontrolérů a senzorů nižší úrovně systému a zadává provozní příkazy, úpravy a nastavení. Kromě procesního dispečinku jsou řešeny úkoly optimalizace režimů, diagnostiky technického stavu, analýzy ekonomických ukazatelů, archivace a ukládání dat. V případě potřeby jsou informace přeneseny do obecného systému řízení podniku (MRP / ERP) nebo lokality.

Automatizace zařízení kotlů

Moderní trh je široce zastoupen jak jednotlivými přístroji a zařízeními, tak domácími i zahraničními automatizačními soupravami pro parní a horkovodní kotle. Automatizační nástroje zahrnují:

• zařízení pro zapalování a kontrolu plamene, spouštění ařízení procesu spalování paliva ve spalovací komoře kotelny;
• specializované senzory (měřiče tahu a tlaku, teplotní a tlakové senzory, analyzátory plynů atd.);
• pohony (elektromagnetické ventily, relé, servopohony, frekvenční měniče);
• ovládací panely pro kotle a obecná zařízení kotlů (panely, dotykové obrazovky);
• rozvaděče, komunikační linky a napájení.

Při volbě technických prostředků ovládání a monitorování je třeba největší pozornost věnovat bezpečnostní automatice, která vylučuje vznik nouzových a nouzových situací.

Subsystémy a funkce

Jakékoli schéma automatizace kotelny zahrnuje řídicí, regulační a ochranné subsystémy. Regulace se provádí udržováním optimálního režimu spalování nastavením podtlaku v topeništi, průtoku primárního vzduchu a parametrů chladiva (teplota, tlak, průtok). Řídicí subsystém odesílá aktuální data o provozu zařízení na rozhraní člověk-stroj. Ochranná zařízení zaručují předcházení havarijním situacím při narušení normálních provozních podmínek, dodání světelného, zvukového signálu nebo odstavení kotlových jednotek s určením příčiny (na grafickém displeji, mnemotechnickém schématu, štítu).

Komunikační protokoly

Automatizace kotelen na bázi mikrokontrolérů minimalizuje využití ve funkcionalitěschéma spínání relé a ovládacích silových vedení. K propojení horní a dolní úrovně automatizovaného řídicího systému, přenosu informací mezi senzory a ovladači, k převodu povelů do akčních členů se používá průmyslová síť se specifickým rozhraním a protokolem přenosu dat. Nejpoužívanějšími standardy jsou Modbus a Profibus. Jsou kompatibilní s většinou zařízení používaných k automatizaci topných zařízení. Vyznačují se vysokou mírou spolehlivosti přenosu informací, jednoduchými a srozumitelnými principy fungování.

Úspora energie a sociální efekty automatizace

Automatizace kotelen zcela eliminuje možnost nehod se zničením kapitálových budov, smrtí servisního personálu. ACS je schopen zajistit normální fungování zařízení 24 hodin denně a minimalizovat vliv lidského faktoru.

Ve světle neustálého růstu cen palivových zdrojů není energeticky úsporný efekt automatizace tím nejmenším. Úsporu zemního plynu, dosahující až 25 % za topnou sezónu, zajišťuje:

• optimální poměr "plyn/vzduch" ve směsi paliva ve všech provozních režimech kotelny, korekce o úroveň obsahu kyslíku ve spalinách;
• schopnost přizpůsobit nejen kotle, ale také plynové hořáky;
• regulace nejen teploty a tlaku chladiva na vstupu a výstupu z kotlů, ale také zohlednění parametrů prostředí(technologie kompenzovaná počasím).

Automatizace navíc umožňuje implementovat energeticky účinný algoritmus pro vytápění nebytových prostor nebo budov, které se nepoužívají o víkendech a svátcích.