Optymalizacja sterowania palnikiem z wykorzystaniem konwertera sygnału HART [materiał referencyjny]

Klient | HP Consulting, biuro planowania pomiarów, sterowania i wykorzystania technologii elektronicznych

Projekt | Optymalne dozowanie paliwa z wykorzystaniem konwertera sygnału HART

Sytuacja początkowa

Palniki przemysłowe są używane w wielu systemach, takich jak np. układy topienia soli, do kontrolowania temperatury podczas procesu. Palniki są zasilane wodorem, który może mieć różną zawartość wody. Prowadzi to do wahań wartości opałowej, które mogą mieć niepożądany wpływ na proces produkcji. Nowe, skuteczne rozwiązanie, wykorzystujące konwerter sygnału HART firmy Pepperl+Fuchs pokazuje, w jaki sposób można zoptymalizować dozowanie paliwa dzięki pobieraniu dodatkowych informacji z procesu.

Sterowanie palnikiem umożliwia regulację ilości dostarczanego paliwa przy użyciu zaworu sterującego, który zwykle wykorzystuje niewielki otwór do celów pomiarowych. W większości przypadków używane są zaprogramowane nastawy temperatury i ciśnienia. Kiedy zawartość wody w wodorze jest zbyt duża, wówczas wartość grzewcza obniża się i temperatura wymagana w procesie staje się zbyt niska. Z kolei gdy zawartość wody będzie zbyt mała, wówczas palnik będzie się przegrzewał, a temperatura procesu wzrośnie. W efekcie w obu przypadkach wydajność nie będzie optymalna.

Rozwiązanie

Firma HP Consulting zaprojektowała eleganckie oraz, co najważniejsze, ekonomiczne rozwiązanie. Oprócz innych dziedzin, biuro planowania pomiarów, sterowania i wykorzystania technologii elektronicznych z siedzibą w Grenzach-Wyhlen w Niemczech specjalizuje się w systemach sterowania palnikami przemysłowymi i działa na całym świecie już ponad 20 lat.

Podejście firmy HP Consulting jest oparte na dwukierunkowej komunikacji pomiędzy urządzeniami polowymi a systemami sterowania, przy użyciu protokołu HART. Do odczytu wartości w formacie cyfrowym, firma HP Consulting wykorzystuje konwerter sygnału HART (HART Loop Converter - HLC) zaprojektowany przez firmę Pepperl+Fuchs. Odczytuje on cztery zmienne HART, konwertuje je na sygnały analogowe 4 … 20 mA i przesyła do systemu nadrzędnego, w tym przypadku sterownika PLC.

Oprócz pomiaru przepływu przez urządzenie polowe zgodne z protokołem HART, konwerter sygnału HART umożliwia odczyt dodatkowych parametrów, takich jak różnica ciśnień przed i za zwężką pomiarową oraz ciśnienie bezwzględne i temperatura wodoru. Możliwe są dwa różne tryby pracy i dwie topologie komunikacji pomiędzy konwerterem HLC a urządzeniem polowym. W przypadku systemu sterowania palnikami, konwerter HLC działa jako separator zasilający i jest włączony szeregowo między przepływomierz a system sterowania.

Po odczytaniu bieżących wartości procesowych, konwerter sygnału HART przekształca je w analogowe sygnały prądowe i przesyła do sterownika PLC. Na podstawie tych danych obliczana jest aktualna wartość opałowa, zgodnie z którą określana jest korekta objętości dozowanego wodoru. Odpowiedni sygnał kontroluje pozycję zaworu regulacyjnego. Przepływomierz na instalacji jest zasilany przez konwerter HLC.

„Korzyści są ewidentne”

Doświadczenia z pracy z rozwiązaniami wykorzystującymi technologię HART są niezmiennie pozytywne. „Korzyści są ewidentne” — mówi Henry Pelk, prezes firmy HP Consulting. „Zysk to oszczędność energii dzięki zwiększeniu wydajności palnika oraz możliwość szybszego uruchomienia instalacji. Obniżyliśmy też koszty sprzętu dzięki dostępności zmiennych w formacie cyfrowym i możliwości ich wykorzystania w infrastrukturze analogowej 4–20 mA”. Ponieważ system znajduje się w strefie zagrożonej wybuchem, korzystne było również zminimalizowanie liczby pętli pomiarowych. W przypadku wdrażania rozwiązania wykorzystującego technologię HART wystarczy połączenie konwertera HLC ze sterownikiem PLC. Jedyną alternatywą dla technologii HART umożliwiającą precyzyjne określenie wymaganej ilości wodoru byłoby zastosowanie trzech oddzielnych barier iskrobezpiecznych, co z pewnością zwiększyłoby koszty.