Программируемые системы безопасности и контроля для использования в менеджерах горения

Программируемые контроллеры для управления горелками могут упростить установку больших горелок или котлов благодаря гибкости, обеспечиваемой программируемым характером системы.

Использование программируемой системы безопасности и контроля в сочетании с предварительно разработанными и сертифицированными функциональными блоками для управления горелкой не только упрощает установку, но и процесс утверждения, поскольку аппаратное обеспечение и предварительно разработанные функциональные блоки были сертифицированы по стандарту IEC/AS 61508 SIL3. Встроенная простая система диагностики позволяет легко и быстро устранять любые неполадки, сводя к минимуму время простоя, вызванное этими неполадками.

В статье обсуждаются использование и преимущества программируемых систем безопасности и контроля в системах управления горелками. Сегодня существует множество автоматов горения, которые не соответствуют действующим стандартам. В них используются либо неутвержденные стандартные ПЛК, либо устаревшие системы управления на основе реле. Потенциальная неисправность не только представляет опасность для человека и оборудования, но и даже при неопасных спорадических отказах может быть сложно найти неисправности и привести к дорогостоящему простою.

Программируемые системы безопасности и управления, пригодные для использования в автоматах горения, доступны уже более 10 лет. Эти контроллеры могут выявлять любые опасные сбои до того, как они создадут опасную ситуацию, а также обеспечивать диагностику на должном уровне, чтобы свести к минимуму время простоя. Благодаря внедрению системы ввода-вывода в полевых условиях можно экономично и безопасно использовать большие распределенные системы с большим количеством горелок при минимальном времени установки.

Схемы управления горелками. Требования к схемам управления

Схемы управления должны быть спроектированы таким образом, чтобы:

а) отказ отдельного компонента не мог привести к возникновению опасного состояния;

б) если для системы управления горелкой используется схема управления программируемой электронной системой, то ее производительность в условиях неисправности должна, по крайней мере, соответствовать показателям, достигаемым с помощью традиционной технологии.

Необходимо обеспечить защиту от любого единичного сбоя или любого неактивного состояния, за которым следует другой единичный сбой, чтобы критические тайминги и последовательность операций оставались безопасными. Это относится ко всей электронной системе, начиная с процессора, памяти и т.д. и заканчивая устройствами вывода. Безопасным состоянием является полное выключение горелки с блокировкой.

Газовые регуляторы

Газовые регуляторы должны быть такого типа, чтобы в период отключения не производился непрерывный отбор воздуха.

Требования к программируемой электронной системе автомата горения

Программируемая электронная система автомата горения не должна устанавливаться или модифицироваться без одобрения технического регулирующего органа. Чтобы получить одобрение технического регулятора в отношении для устройства типа B, применяются следующие условия:

a) Все системы, которые выполняют функции, связанные с безопасностью, должны быть жестко подключены.

b) Если контроллер менеджера горения (логический решатель и связанный с ним модуль ввода-вывода) используется для выполнения функций, связанных с безопасностью, —

i) он должен быть контроллером менеджера горения, связанным с безопасностью, и иметь сертификат безопасности TÜV на соответствующий уровень целостности безопасности (SIL) AS 61508 или какой-либо эквивалентный сертификат с использованием только сертифицированное TÜV «встроенное ПО» (или эквивалент);

ii) если заказчик/подрядчик настаивает на использовании контроллера автомата горения, не связанного с безопасностью, для выполнения функций, связанных с безопасностью, целостность контроллера автомата горения должна быть независимо проверена соответствующим учреждением на требуемый уровень безопасности.

Программируемые системы безопасности и управления, безопасные модули распределенного ввода–вывода для SafetyBUS p® и большинство двухканальных реле безопасности PNOZ спроектированы таким образом, что единичный внутренний сбой не может привести к потере безопасности, т.е. к возникновению опасного состояния, а также могут быть сконфигурированы для мониторинга внешних устройств на предмет соответствия тем же условиям.

В следующем примере показано, как большая существующая горелочная установка была приведена в соответствие с современными стандартами путем модернизации контроллера менеджера горения, одобренного TÜV, в сочетании с распределенной системой безопасного ввода-вывода. Одобренные TÜV функции программного обеспечения обеспечивают простоту программирования, отличную диагностику и помогают в процессе утверждения.

Функции безопасности автомата горения

• SB 150 для контроля наличия пламени с момента запуска горелки до ее выключения.
• SB 151 (подавление переходных процессов) для контроля сетевого контакта, например, на датчике давления.
• SB 152 для контроля команд запуска и остановки горелки.
• SB 153 для управления и контроля положения горелки. заслонки/демпферы.
• SB 154 для управления и контроля положения клапанов.
• SB 155 для контроля концевых выключателей предварительной продувки и продувочного воздуха.
• SB 156 для контроля герметичности клапанов (предохранительных, магистральных и выпускных).
• SB 158 для контроля процесса зажигания.
• SB 159 для управления работой горелки.
• SB 160 для управления работой воздуходувки/вентилятора.

Тот факт, что устанавливаются системы управления, которые не соответствуют надлежащему уровню безопасности, является не единственной причиной для замены такой системы управления: часто существующие системы управления на основе реле достигают стадии жизненного цикла, когда реле уже не работают надежно.

В небольших топочных автоматах исправить такую ошибку довольно просто. Но поскольку многие модификации выполняются в критических по времени ситуациях (неожиданный простой из-за сбоя — система должна быть восстановлена в рабочем состоянии), изменения часто не документируются, что затрудняет следующий ремонт. Таким образом, даже небольшие системы управления горелкой с традиционным релейным управлением через некоторое время становятся неработоспособными.

Другой причиной обновления является снижение выбросов и повышение эффективности системы. Дополнительным аспектом может быть безопасность. Расчеты показывают, что через 3 года инвестиции в новую систему управления горелкой, которая предлагает лучшие возможности управления и является эффективной, окупились. Помимо системы управления на основе реле, для всей системы используются специальные компоненты: обнаружение пламени, контроль пламени, управление горелкой. Цель состоит в замене систем управления на основе реле и интеграции функций безопасности в единую систему. В зависимости от размера топочного автомата возможны различные решения.

Система топочного автомата основана на ПЛК безопасности. Требования безопасности для новой системы были:

• замена горелки устройством контроля;
• контроль извещателей пламени;
• контроль безопасности последовательности;
• управление электронной останавливается рядом аспекты безопасности полетов, системы выполнены некоторые не связанных с безопасностью функций;
• связь с SCADA;
• первый уровень ошибки диагностики соответствующий пример, чтобы показать, как в новых программных решений заменяет аппаратные функции.

В системе безопасности используются программные функциональные блоки, которые обеспечивают типичные функции автомата горения. Основной задачей, безусловно, является обеспечение безопасности программного обеспечения. Это включает в себя прикладное программное обеспечение (программу, инструмент программирования и программные блоки), а также операционную систему.

Существует две основные причины, по которым программное обеспечение может быть небезопасным:

1. технические причины, такие как изменение сигналов во время загрузки или выгрузки с аппаратного редактора программ на контроллер; или

2. человеческие ошибки, такие как использование неправильных операндов и т.д.

Изменения в приложении могут привести к неожиданным результатам, таким как электронная остановка, возможно, не приведет к завершению работы системы или другие действия не будут выполнены. Поэтому системы безопасности, основанные на программном обеспечении, требуют определенных измерений, которые предотвращают возникновение опасных ситуаций. Эти системы безопасности, основанные на контроллерах и программном обеспечении, могут использоваться как для небольших конфорок с одной духовкой, так и для большого количества печей, даже для выработки электроэнергии и пара.

Подводя итог, можно сказать, что электронные устройства безопасности топочных автоматов, являются хорошей основой для оптимизации системы управления на основе реле. Гибкость и доступная диагностика имеют большое значение для технического обслуживания. С точки зрения производства очевидно, что эти износостойкие решения обеспечивают явное преимущество в доступности.

Выбор системы управления был рассмотрен в нескольких вариантах. Была выбрана программируемая система безопасности и управления (PSS) Pilz с SafetyBUS p®. Система PSS обладала рядом ключевых характеристик и преимуществ:

• Аппаратное обеспечение было одобрено TÜV в соответствии с IEC/AS 61508, что позволило Управлению газовой безопасности принять его к использованию в соответствии с требованиями AS3814.
• Одобренные TÜV программные функции для систем управления горелками не только упрощают задачу программирования, но и помогают в процессе утверждения.
• Распределенный безопасный ввод-вывод (также одобренный TÜV), позволяющий снизить затраты на установку благодаря значительно меньшему количеству проводов и более быстрому времени установки.
• Возможности опроса и диагностики, а также возможность интеграции этой информации в существующую систему SCADA.
• Доступность системы.

Описание системы 69 горелок разделены на 3 зоны по 23 горелки. Для каждой горелки используется один модуль удаленного ввода-вывода на SafetyBUS p®. Панели зонального процессора расположены в комнате управления печью, где операторы инициируют последовательность запуска/остановки и получают обратную связь о рабочем состоянии каждой горелки с помощью текстовых дисплеев на местном уровне.

Зональные панели ввода-вывода расположены вдоль линии; каждая из этих панелей содержит ряд удаленных модулей ввода-вывода для ближайших горелок. На панелях управления расположены ультрафиолетовые реле и трансформаторы зажигания. Элементы управления, расположенные на этих панелях, обеспечивают операторам прямой доступ к зонам запуска/остановки и повторного запуска без необходимости заходить в главный диспетчерский пункт. Амперметры показывают состояние ультрафиолетовых датчиков пламени.

Горелочное оборудование

Горелочное оборудование состоит из запорного газового клапана горелки, регулятора пускового газа, двухблочного предохранительного запорного клапана пускового газа, двухблочного предохранительного запорного клапана основного газа (SSOV), электрода зажигания и ультрафиолетового детектора.

Последовательность запуска горелки

Одобренные TÜV функциональные блоки безопасности (SB) из пакета управления горелкой Pilz используются для создания пошаговой функциональности, которая обеспечивает выполнение правильной последовательности операций каждый раз.

SB 149 используется для объединения всех функций горелки и гарантирует, что одна из функций не может быть запущена до тех пор, пока предыдущая требуемая функция не будет выполнена без ошибок. Например, вентилятор не включится до тех пор, пока не будет проведена проверка на герметичность с положительным результатом.

Для запуска горелки SB 152 должен принять команду запуска, и тот же функциональный блок используется для контроля команды останова. В сочетании с этими функциональными блоками управления горелкой могут быть также включены другие безопасные функции, такие как контроль аварийной остановки.       

Особые требования к обновлению

Для выявления неисправностей в отдельных устройствах, таких как датчик пламени, каждые 24 часа каждая горелка отключается в режиме контролируемого отключения для самопроверки. Это происходит автоматически, как запрограммировано в автомате горения.

Диагностика

Стандартные менеджеры горения включают встроенную диагностику, которая обеспечивает четкое диагностическое состояние всех режимов. Эта информация отображается на текстовых дисплеях в диспетчерской, чтобы свести к минимуму время простоя из-за ошибок. Например, если один из предохранительных запорных клапанов слегка “заедает” и переключение занимает слишком много времени, на текстовом дисплее появится сообщение “Превышено время смены положения клапана 3”.

Каждый функциональный блок автомата горения содержит ряд возможных различных сообщений об ошибках, и руководство по эксплуатации функционального блока также содержит подробные действия по устранению этих ошибок. Помимо множества предварительно настроенных текстов, также был создан пользовательский текст для определения определенных режимов работы. Соединение Profibus-DP связывает системы PSS с существующей сетью SCADA, позволяя получать информацию о рабочем состоянии системы горелки в любой точке объекта.

Вывод

Применение топочных автоматов горения позволяет повысить надежность системы. Если с горелкой возникает проблема, она быстро распознается, а диагностика помогает устранить неполадки в кратчайшие сроки. Благодаря утвержденным и предварительно написанным функциям программного обеспечения объем программирования и отладки ПЛК был сведен к минимуму. Благодаря использованию отказоустойчивого распределенного ввода-вывода установка обновления была выполнена в очень сжатые сроки. Шкафы были построены на месте, и все они были соединены с главным пультом управления одним трехжильным кабелем, что обеспечивает огромную экономию времени по сравнению с традиционными проводными решениями.