Efektywne i ekonomiczne spalanie paliw kopalnych jest sprawą szczególnie istotną dla przedsiębiorstw energetycznych, które obecnie muszą sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu rozwijającej się gospodarki światowej na energię elektryczną.
O efektywności kotła w znacznym stopniu decyduje czystość powierzchni ogrzewanych, przez które przekazywany jest strumień ciepła. To właśnie powoduje, że przedsiębiorstwa energetyczne czynią coraz większe starania w kierunku modernizacji swoich układów czyszczenia kotłów.
Czołowy producent nowoczesnych układów do oczyszczania kotłów, firma Clyde Bergemann w Atlancie (USA), oferuje pełną gamę rozwiązań, które umożliwiają czyszczenie kotła podczas jego pracy. Oferowane są urządzenia do różnych kotłów – od pojedynczych zdmuchiwaczy sadzy do nowoczesnych, zautomatyzowanych, inteligentnych systemów czyszczenia kotła.
Inteligentne systemy czyszczenia kotła mają specjalne czujniki do śledzenia czystości kotła. Czujniki te dostarczają informacji, które umożliwiają systemowi firmy Clyde Bergemann sterowanie pracą poszczególnych zdmuchiwaczy sadzy. Ten inteligentny system znacznie zwiększa efektywność pracy kotła i zmniejsza czas jego przestoju.
Poprzednio sterowanie zdmuchiwaczem sadzy było okablowane. Rozproszone interfejsy nowego systemu umożliwiają inżynierom firmy Clyde Bergemann programowanie konfiguracji w systemie zamiast konieczności projektowania, budowy i utrzymywania oddzielnych, okablowanych obwodów dokażdego zdmuchiwacza sadzy
Uproszczony montaż i utrzymanie
Jim Roland, inżynier automatyk w firmie Clyde Bergemann, poszukując odpowiednich rozwiązań sterowania napędami do zastosowania w swoich urządzeniach do czyszczenia kotłów, chciał znaleźć rozwiązanie z rozproszonymi elementami We/Wy, w którym nie będą potrzebne indywidualne trasy kablowe, prowadzone do poszczególnych zdmuchiwaczy sadzy, a podstawowe działanie zdmuchiwacza sadzy będzie można prowadzić z lokalnego sterownika. Właściwie to tylko jeden kabel – magistrala będzie przebiegała z szafki ze sterownikiem programowalnym PLC do interfejsu, w który wyposażony jest każdy zdmuchiwacz sadzy. W tym systemie, w razie przerwania sygnału sterującego ze sterownika, wszystkie zdmuchiwacze sadzy mogą działać niezale żnie. – Byliśmy zainteresowani rozwiązaniem, które wyeliminowałoby konieczność okablowania obwodów.
Oznaczało to, że zamiast robienia obwodów dla każdej dmuchawy, będziemy mogli zastąpić wszystkie obwody z okablowaniem jednym sterującym napędem urządzeniem – mówi J. Noland.
Współpracując ponad 10 lat z kontrahentami firmy Siemens i osiągając dobre wyniki doświadczeń z wyrobami firmy Siemens, stosowanymi do sterowania napędów, dość szybko umieszczono firmę Siemens wśród konkurencyjnych dostawców systemów z rozproszonymi interfejsami We/Wy. Kiedy J. Noland i dyrektor techniczny Sandeep Shah bliżej zapoznali się z systemem Siemens Simocode pro i rozpatrzyli jego szeroki zakres szczególnych właściwości, to decyzja o wyborze systemu i jego zakupie była prosta.
Te rozproszone interfejsy We/Wy nowego systemu uprościły J. Nolandowi i innym inżynierom pracuj ącym w firmie Clyde Bergemann jego wdrażanie do układów czyszczenia kotłów. – Zamiast zajmować się projektowaniem poszczególnych obwodów dla każdego typu dmuchawy, teraz programujemy w tym systemie tylko konfigurację układu. Oszczędność czasu jest ogromna – twierdzi J. Noland. W systemie tym jest kilka różnych schematów sterowania, odpowiednich dla różnych typów dmuchaw. Na przykład dmuchawa jest zaprogramowana na włączenie, przerwę na 0,8 sekundy i wycofanie. Zamiast budowy okablowanego układu sterującego, w nowym systemie takie działanie może być teraz zwyczajnie zaprogramowane. Wprowadzenie różnych zmian do tego nowego układu logicznego zajmuje tylko sekundy i nie wymaga żadnej przerwy w procesie technologicznym. – Znaleźliśmy nie tylko nasz upragniony system z rozproszonymi elementami we/wy, ale również rozwiązanie, które umożliwia łatwą konfigurację i programowanie. Każda dmuchawa wyposażona jest w prosty interfejs, umożliwiający łatwe połączenie systemu (bezszwowo) z magistral ą Profibus, nie wymagając dodatkowych prac projektowych – kontynuuje J. Noland.
Właśnie ten interfejs z Profibus i jego wysoki stopień uszczegółowienia informacji dotyczących działania dmuchaw były głównym czynnikiem przemawiaj ącym na korzyść systemu Simcode pro. Podczas gdy systemy konwencjonalne informują tylko o czasie trwania cyklu pracy dmuchawy oraz o tym, czy układ działa lub czy jest uszkodzony, to system sterowania napędem firmy Siemens podaje znacznie więcej informacji. System ten przesyła do sterownika PLC informacje o aktualnym obciążeniu napędu, kierunku obrotów napędu, i przeciążeniach. – To jest naszym zdaniem najbardziej istotna zaleta tego systemu, bowiem pozwala użytkownikowi na śledzenie znacznie większej ilości danych o stanie pracy napędu niż to było możliwe przy stosowaniu konwencjonalnego układu sterowania – mówi S. Shah. Na przykład, gdy wartość prądu rozruchu zaczyna wzrastać zbyt wysoko, to użytkownik może podjąć proaktywne działania konserwacyjne, które zapobiegną uszkodzeniu i przestojowi w pracy dmuchawy. Tak jak dla każdego urządzenia przemysłowego, również tutaj niezawodność jest sprawą najwyższej wagi. Od większości szczególnie ważnych urządzeń wymagana jest odporność na uszkodzenia. Gdy zdmuchiwacz sadzy ulegnie uszkodzeniu, wtedy jakaś część kotła nie będzie mogła być oczyszczana i pozostałości z procesu spalania (sadza) będą się gromadziły zarówno na powierzchniach ogrzewanych kotła, jak i wymienników ciepła, hamując przejmowanie ciepła i w rezultacie powodując spadek wydajności kotła. Dostarczenie zakładom energetycznym systemu, który w sposób niezawodny i ciągły umożliwi usuwanie pozostałości sadzy i dzięki temu zapewni utrzymanie wydajności kotła, jest sprawą najważniejszą dla firmy Clyde Bergemann.
Bezpieczeństwo i niezawodność
Chociaż specjaliści w firmie Clyde Bergemann wiedzieli, że chcą mieć rozwiązanie z rozproszonymi elementami We/Wy, to zdawali sobie również sprawę z tego, że należy zachować ostrożność i będzie bezpieczniej, gdy nie będzie ono całkowicie zależne od sterownika PLC. – Pierwsze pytanie, jakie się nasuwa, gdy są rozważane połączenia z rozproszonymi interfejsami We/Wy, to co się stanie, gdy przerwane zostanie połączenie kablowe. Stwierdziłem, że ten system będzie mógł wykonywać wewnętrznie swój program logiczny oraz że rozwiązanie to pozwala na lokalne programowanie i sterowanie. Oznacza to, że w ostateczności mamy możliwość sterowania ręcznego ze skrzynki przyłączeniowej zdmuchiwacza sadzy, nawet gdy kabel łączący z magistralą Profibus zostanie przecięty lub uszkodzony, jak również w przypadku, gdy sterownik utraci łączność z tym urządzeniem – mówi S. Shah.
Inną cechą związaną z bezpieczeństwem i niezawodności ą, charakteryzującą ten nowy system, dzięki której przewyższa poprzednio stosowany układ, jest jego zdolność do wykrywania problemów związanych z działaniem wyłączników krańcowych. To oznaczało, że w firmie Clyde Bergemann będzie można aktywnie śledzić działanie zdmuchiwaczy sadzy, zamiast reagować dopiero, gdy któryś zdmuchiwacz nagle przestanie pracować z powodu uszkodzenia wyłącznika krańcowego. – Poprzednio sterownik PLC nie mógł śledzić sygnałów wejściowych wyłączników krańcowych na dmuchawie. Jeżeli wyłącznik krańcowy był uszkodzony, to nie wiedzieliśmy o tym aż do czasu, kiedy zaczęła działać dmuchawa i gdy został przekroczony określony limit czasu jej działania. Obecnie możemy śledzić stany sygnałów We/Wy dmuchawy i jeżeli pojawi się jakiś problem, to dmuchawa automatycznie zostanie wyłączona – mówi J. Noland.
– System ten dzięki swoim szczególnym właściwościom i zdolnościom diagnozowania pozwala nam wyprzedzić konkurencję – komentuje Sandeep Shah.
Niewątpliwą ostatecznie korzyścią po zainstalowaniu tego systemu w obiekcie było to, że miał wbudowany zintegrowany układ zabezpieczający napęd. Zapewnia on natychmiastowe zablokowanie sygnałów wyjściowych rozrusznika, jeżeli zostanie wykryte przeciążenie lub inne uszkodzenie.
Zaletą jest to, że zabezpieczający układ logiczny nie musi być obsługiwany przez sterownik PLC. Samoczynne wyłączniki przeciążeniowe mogą być nastawiane przez obsługę. Konfiguracja ostrzegawczych sygnałów o przeciążeniu i samoczynnym wyłączaniu pozwala, aby różniące się programy były skonfigurowane w oparciu o istotne przeciążenia. Na przykład przy normalnym przeciążeniu zdmuchiwacz sadzy powinien się wycofać i nie wysuwać się, aby zapobiec uszkodzeniu drogiego kotła. W przypadku jednak zablokowanego wirnika rozrusznik nie powinien się uruchamiać, aby zapobiec uszkodzeniu układu napędowego. Takie działanie nie jest możliwe w standardowym układzie sterowania. Wymagałoby to dodatkowego oprogramowania lub nowego połączenia kablowego.
– Zalety systemu Semicode pro w rzeczywistości przekroczyły nasze oczekiwania. System jest łatwy do programowania i działa niezawodnie w trudnych warunkach otoczenia – reasumuje Jim Roland.
Artykuł pod redakcją Janusza Pieńkowskiego
