Automatyzacja kotłowni: opis, urządzenie i schemat

2025 Autor: Howard Calhoun | calhoun@techconfronts.com. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-24 13:23

W celu uregulowania i optymalizacji pracy zespołów kotłowych zaczęto stosować środki techniczne już na początkowych etapach automatyzacji przemysłu i produkcji. Obecny poziom rozwoju w tym obszarze może znacząco podnieść rentowność i niezawodność urządzeń kotłowych, zapewnić bezpieczeństwo i intelektualizację pracy personelu utrzymania ruchu.

Cele i cele

Nowoczesne systemy automatyki kotłowni są w stanie zagwarantować bezawaryjną i wydajną pracę urządzeń bez bezpośredniej ingerencji operatora. Funkcje człowieka sprowadzają się do monitorowania online wydajności i parametrów całego kompleksu urządzeń. Automatyzacja kotłowni rozwiązuje następujące zadania:

• Automatyczne uruchamianie i zatrzymywanie kotłów.
• Regulacja mocy kotła (sterowanie kaskadowe) zgodnie z zadanymi ustawieniami podstawowymi.
• Sterowanie pompami zasilającymi, kontrola poziomówchłodziwo w obwodach roboczych i odbiorczych.
• Awaryjne zatrzymanie i aktywacja sygnalizatorów w przypadku, gdy wartości robocze systemu przekroczą ustalone limity.

Obiekt automatyzacji

Urządzenia kotłowe jako obiekt regulacji to złożony układ dynamiczny o wielu powiązanych ze sobą parametrach wejściowych i wyjściowych. Automatyzację kotłowni komplikuje fakt, że szybkość procesów technologicznych w zespołach parowych jest bardzo duża. Główne regulowane wartości to:

• natężenie przepływu i ciśnienie chłodziwa (wody lub pary);
• rozładowanie w piecu;
• poziom w zbiorniku paszy;
• W ostatnich latach na jakość przygotowywanej mieszanki paliwowej, a co za tym idzie temperaturę i skład produktów oddymiania, nałożono podwyższone wymagania środowiskowe.

Poziomy automatyzacji

Stopień automatyzacji jest ustalany podczas projektowania kotłowni lub podczas remontu/wymiany wyposażenia. Może obejmować sterowanie ręczne zgodnie ze wskazaniami oprzyrządowania do w pełni automatycznego sterowania zgodnie z algorytmami zależnymi od pogody. Poziom automatyzacji zależy przede wszystkim od przeznaczenia, wydajności i cech funkcjonalnych działania sprzętu.

Nowoczesna automatyzacja kotłowni implikuje zintegrowane podejście - podsystemy monitorowania i regulacji poszczególnych procesów technologicznych są połączone w jedną sieć o funkcjonalnychkontrola grupy.

Ogólna struktura

Automatyzacja kotłowni opiera się na dwupoziomowym schemacie sterowania. Poziom dolny (polowy) obejmuje urządzenia automatyki lokalnej oparte na programowalnych mikrokontrolerach realizujących zabezpieczenia techniczne i blokowanie, regulację i zmianę parametrów, podstawowe przetworniki wielkości fizycznych. Obejmuje to również sprzęt przeznaczony do konwersji, kodowania i przesyłania danych informacyjnych.

Wyższy poziom może być reprezentowany jako terminal graficzny wbudowany w szafę sterowniczą lub jako stacja robocza operatora oparta na komputerze osobistym. Wyświetla wszystkie informacje pochodzące z mikrokontrolerów i czujników niższego poziomu systemu oraz wprowadza polecenia operacyjne, regulacje i ustawienia. Oprócz wysyłki procesów rozwiązywane są zadania optymalizacji trybów, diagnozowania stanu technicznego, analizy wskaźników ekonomicznych, archiwizacji i przechowywania danych. W razie potrzeby informacje są przekazywane do ogólnego systemu zarządzania przedsiębiorstwa (MRP / ERP) lub miejscowości.

Automatyzacja urządzeń kotłowych

Nowoczesny rynek jest szeroko reprezentowany zarówno przez pojedyncze przyrządy i urządzenia, jak i krajowe i zagraniczne zestawy automatyki do kotłów parowych i ciepłej wody. Narzędzia automatyzacji obejmują:

• urządzenia do zapłonu i kontroli płomienia, uruchamianie isterowanie procesem spalania paliwa w komorze spalania zespołu kotłowego;
• czujniki specjalistyczne (ciśnieniomierze, czujniki temperatury i ciśnienia, analizatory gazów itp.);
• siłowniki (zawory elektromagnetyczne, przekaźniki, serwonapędy, przetwornice częstotliwości);
• panele sterowania do kotłów i ogólnego wyposażenia kotłów (panele, ekrany dotykowe);
• szafy rozdzielcze, linie komunikacyjne i zasilanie.

Przy wyborze technicznych środków sterowania i monitoringu należy zwrócić szczególną uwagę na automatykę bezpieczeństwa, która wyklucza wystąpienie sytuacji awaryjnych i awaryjnych.

Podsystemy i funkcje

Każdy schemat automatyki kotłowni obejmuje podsystemy sterowania, regulacji i ochrony. Regulacja odbywa się poprzez utrzymanie optymalnego trybu spalania poprzez ustawienie podciśnienia w palenisku, natężenia przepływu powietrza pierwotnego oraz parametrów chłodziwa (temperatura, ciśnienie, natężenie przepływu). Podsystem sterowania wyprowadza rzeczywiste dane dotyczące działania sprzętu do interfejsu człowiek-maszyna. Urządzenia zabezpieczające gwarantują zapobieganie sytuacjom awaryjnym w przypadku naruszenia normalnych warunków pracy, dostarczenie światła, sygnału dźwiękowego lub wyłączenie jednostek kotłowych z ustaleniem przyczyny (na wyświetlaczu graficznym, schemacie mnemonicznym, osłonie).

Protokoły komunikacyjne

Automatyzacja kotłowni oparta na mikrokontrolerach minimalizuje wykorzystanie funkcjonalneschemat połączeń przekaźnikowych i sterowniczych linii energetycznych. Aby połączyć górny i dolny poziom zautomatyzowanego systemu sterowania, przesyłać informacje między czujnikami i sterownikami, tłumaczyć polecenia na siłowniki, wykorzystywana jest sieć przemysłowa z określonym interfejsem i protokołem przesyłania danych. Najczęściej stosowanymi standardami są Modbus i Profibus. Są kompatybilne z większością urządzeń służących do automatyzacji urządzeń grzewczych. Wyróżniają się wysokimi wskaźnikami niezawodności przekazu informacji, prostymi i zrozumiałymi zasadami działania.

Oszczędność energii i społeczne skutki automatyzacji

Automatyzacja kotłowni całkowicie eliminuje możliwość wypadków ze zniszczeniem budynków kapitałowych, śmiercią personelu serwisowego. ACS jest w stanie zapewnić normalne funkcjonowanie sprzętu przez całą dobę, minimalizując wpływ czynnika ludzkiego.

W świetle ciągłego wzrostu cen paliw, energooszczędny efekt automatyzacji nie jest najmniej ważny. Oszczędność gazu ziemnego, sięgającą nawet 25% na sezon grzewczy, zapewnia:

• optymalny stosunek „gaz/powietrze” w mieszance paliwowej we wszystkich trybach pracy kotłowni, korekta o poziom zawartości tlenu w produktach spalania;
• możliwość dostosowania nie tylko kotłów, ale także palników gazowych;
• regulacja nie tylko temperatury i ciśnienia chłodziwa na wlocie i wylocie kotłów, ale także z uwzględnieniem parametrów środowiskowych(technologia z kompensacją pogody).

Ponadto automatyzacja umożliwia wdrożenie energooszczędnego algorytmu ogrzewania pomieszczeń niemieszkalnych lub budynków, które nie są wykorzystywane w weekendy i święta.