Обратная разработка менеджера горения для промышленных горелок в условиях импортозамещения

 

Западные решения уходят с рынка, и отечественная промышленность ищет надежные альтернативы, в том числе российского производства. На рынке растет интерес к проектам по импортозамещению.

Представляем материал от компании КЕДР Solutions, контрактного разработчика электроники. В статье раскрывается опыт проектирования отечественного менеджера горения – важного компонента автоматизации промышленных горелок. Материал описывает ключевые функции таких устройств, особенности их выбора и пример реального кейса по разработке российского менеджера горения.

Промышленные горелки находят применение в широком спектре отраслей: в системах отопления зданий, водогрейных и паровых котлах, в зерносушилках, теплогенераторах для теплиц и оранжерей, в плавильных печах металлургических предприятий, в пищевой промышленности, в энергетике и др.

Как и во многих других сферах, в данной области ключевым трендом является автоматизация. Для повышения эффективности работы оборудования применяются системы автоматического регулирования параметров горения – в частности, менеджеры горения.

Базовые и продвинутые функции менеджеров горения

Такие устройства могут выполнять разные функции – от базовых до продвинутых. В их числе:

Автоматизация процессов сжигания, а именно включение и выключение горелки, регулировка подачи топлива и воздуха, контроль за температурными режимами, настройка ключевых параметров (температуры, давления, усилия тяги).

Энергоэффективность. Некоторые модели имеют встроенные алгоритмы оптимизации. За счет точного поддержания заданных параметров они позволяют избежать избыточных расходов энергии и топлива.

Мониторинг и диагностика. Отслеживание параметров работы, в том числе в режиме реального времени: температуры, давления, наличия пламени, состояния датчиков.

Дистанционное управление, которое повышает удобство эксплуатации, оперативность реагирования на изменения и безопасность персонала благодаря возможности удаленного вмешательства.

Цифровизация и интеллектуализация. Продвинутые решения для управления горелками оснащаются программируемыми алгоритмами, имеют системы хранения архивов событий. В них реализованы системы самодиагностики и предиктивного обслуживания, которые позволяют заранее выявлять отклонения и предотвращать аварии.

Повышенная надежность и безопасность. Качественные модели автоматически проводят самодиагностику и проверяют герметичность клапанов перед каждым циклом работы. Они также оснащены функцией автоматического отключения в случае неполадок на каком-либо этапе.

Как выбрать менеджер горения?

Чтобы выбрать подходящий менеджер горения, необходимо учесть ряд факторов:

1. Совместимость с горелкой и топливом. Менеджер горения должен быть рассчитан под вашу модель горелки и используемое в ней топливо – газ, дизель, мазут и др.
2. Функциональные возможности. На рынке представлены как простые модели с базовыми функциями, так и продвинутые с возможностью управлять смесью, автоматически регулировать мощность пламени, контролировать ключевые параметры горения и т.д.
3. Интерфейсы и интеграция. Чтобы решение было совместимо с общими системами АСУ ТП, оно должно поддерживать соответствующие протоколы – RS-485, Modbus и др.
4. Безопасность и аварийные механизмы. Проверьте, есть ли у модели детектирование аварийных ситуаций, автоматическая блокировка подачи топлива и самодиагностика.
5. Исполнение корпуса. Оно должно соответствовать условиям эксплуатации устройства. Для чистых отапливаемых помещений достаточно обычного пластикового корпуса IP20-40. Для пыльных и влажных промышленных помещений, открытых производственных площадок выбирайте менеджеры горения в герметичном (IP54–IP66) корпусе, предпочтительно металлическом или усиленном. В цехах с риском вибраций или химического воздействия предпочтителен корпус с повышенной устойчивостью и антикоррозийной обработкой.
6. Сервисное обслуживание и документация. Ориентируйтесь на наличие понятной инструкции, доступности запасных частей, поддержки и обновлений.

Стоит, однако, учитывать, что многие зарубежные фирмы перестали официально поставлять свои решения для автоматизации промышленных горелок. И хотя ввоз такого оборудования возможен за счет параллельного импорта, даже в этом случае покупатели остаются без полноценной поддержки и обслуживания. Поэтому, как и в других отраслях промышленности, ключевым вызовом в данной сфере становится развитие отечественных решений с высокой степенью локализации производства и устойчивостью к санкциям.

Как компания по разработке электроники и ПО мы в КЕДР Solutions видим интерес к подобным проектам со стороны поставщиков и пользователей разнообразного оборудования. Все больше компаний обращаются к нам за разработкой отечественных аналогов иностранных решений, которые по своим характеристикам не уступали бы конкурентам. Ниже приведен пример такого проекта, а именно разработки менеджера горения для промышленных газовых горелок.

Пример разработки отечественного менеджера горения

В 2023 году в КЕДР Solutions обратился крупный российский поставщик средств автоматизации и контрольно-измерительных приборов для промышленных предприятий. Его продукцией пользуются компании, занятые в энергетике, металлургии, сельском хозяйстве, нефтехимической, строительной и других отраслях. Клиенту нужно было спроектировать менеджер горения для 1- и 2-ступенчатых газовых горелок на замену модели, которую раньше поставлял ушедший из России западный вендор. Столкнувшись с нехваткой свободных специалистов в собственном отделе разработки, заказчик обратился к нам.

Рис 1. Печатная плата менеджера горения, спроектированного командой КЕДР Solutions. 

Спроектированное устройство выполнено на двух печатных платах, которые расположены одна над другой. Плата сверху отвечает за работу портов Ethernet и RS-485, кнопок и индикаторов. Нижняя – за работу сильноточных реле, блока питания, схемы измерения тока. На ней также расположены ножевые разъемы. Такая компоновка потребовалась для соответствия габаритным требованиям. Устройство совместимо по посадочному месту с колодкой от Siemens. Для контроля интенсивности пламени прибор измеряет ток ионизации пламени и может отличать сигнал пламени от короткого замыкания между ионизационным датчиком и заземлением.

Устройство выполняет следующие функции: 

• Управляет процессом горения через реле: зажигает и гасит пламя, контролирует интенсивность горения и т.д.
• Детектирует аварийные ситуации: короткие замыкания в цепях, отсутствие пламени или искры розжига и др.
• Показывает текущие режимы работы с помощью элементов индикации.
• Поддерживает дистанционное управление через интерфейсы RS-485 и Ethernet.
• Подключается к ПК через USB-порт для настройки и вывода архивных данных.

Отличительные особенности прибора

Среди особенностей устройства можно назвать следующие:

Разработанный командой КЕДР Solutions менеджер горения мониторит состояние нагрузки в реальном времени – в отличие от устройства Siemens, которое проверяет нагрузку только перед запуском. Такое решение повышает безопасность работы, т.к. устройство сразу детектирует отсутствие подключения к оборудованию.

Поскольку заказчик проекта попросил уделить особое внимание вопросам безопасности, в устройстве была реализована комплексная система диагностики. Она может определять самые разные нештатные ситуации: отсутствие пламени или подключения электрода, замыкание электрода ионизации на нейтраль, попадание искры розжига на ионизационный электрод и др. Все сценарии аварийных ситуаций были проанализированы с учетом реальных условий работы прибора и подключенного к нему оборудования.

В менеджере горения также реализован контроль залипания реле. Устройство сигнализирует в случае, если какое-либо реле, управляющее подключенным оборудованием, по той или иной причине не включилось или не выключилось.

Кроме того, прибор устроен так, что при выходе из строя микроконтроллера его реле отключаются, чтобы не допустить неконтролируемого поведения подключенного оборудования.

Рис 2. Второстепенные реле последовательно подключены к главному. При выходе из строя микроконтроллера главное реле переходит в состояние по умолчанию и соединение с второстепенными реле прерывается.

Еще одной отличительной особенностью спроектированного нами устройства является то, что обработка данных о токе ионизации в нем реализована программно, тогда как у Siemens это сделано аппаратно. Это позволяет оптимизировать алгоритмы обработки и расширять функциональность прибора за счет обновления ПО и без изменения аппаратной части.

Заключение

Уход западных вендоров, безусловно, порождает много трудностей, но в то же время стимулирует развитие отечественных решений, которые могут заменить ушедшие бренды. Приведенный в статье пример проекта показывает, что российским разработчикам электроники по силам создавать менеджеры горения и другие системы автоматизации, не уступающие по своим качествам зарубежным образцам. В условиях ограничений и санкций именно отечественные разработки становятся ключевым фактором устойчивости промышленности, обеспечивая надежность, поддержку и развитие технологий на локальном уровне.