Brennersteuerung mit SIMATIC

Transkript

1 Brennersteuerung mit SIMATIC

2 Siemens Portfolio für Safety-/ und Brenner-Lösungen: zur Steuerung von Ofenbrennern als Teil von Maschinen und Anlagen SIMATIC SINAMICS LFS, VGD, SKP, SQM SIRIUS Brenner- Bibliothek + CPU: S IO-System: ET S120/150 + G120 + Flammenwächter Ventile Stellmotoren EN 298, EN 746-2, EN 161, Steuerungskomponenten Antriebskomponenten Sicherheitsschaltgeräte 9 x Funktions- Bausteine (SW) EN 746-2, EN 298, EN 676, EN 267, ISO 13577, NFPA 85 & 86 Seite 2

3 Lösungen für Öfen und Thermoprozessanlagen Brennersteuerungen mit SIMATIC TIA Portal Durchlaufofen Erfüllt EN neue ISO usw. Anlagenweite SIL3-Konformität Eine ET200 kann mehrere Brenner/Zonen steuern Weniger Verdrahtungskosten und Hardware-Komponenten (z. B. Leckprüfgeräte) Nieder- oder Hochtemperaturofen >750 C Weniger Ausfallzeit durch präzise Diagnose/Transparenz Kessel/Schmelzofen Erfüllt EN neue ISO usw. Energieeffizienzlösung: Präzise Regelung möglich, sogar mit "Luftvorwärmung" Anlagenweite SIL3-Konformität Exakter Zustand der Verbrennung/des Brenners (z. B. F-) Kosteneinsparungen: Vereinfachung von Wartung/Service Standardisierung: Geringere Variantenvielfalt/Diversität an Geräten (xxx) Flexible SIMATIC Brennersteuerung CPU 1500-F/ 1200-F ET200 I/O Flammenwächter LFS Brennerbibliothek 9 Funktionsbausteine Sicherheitsabschaltventile Temperaturüberwachung Zündtransformator HMI Touch Panel Ofen Seite 3

4 Digital einkanalig PROFIBUS Vergleich von Brennersteuerungen Konventionelle Brennersteuerung mit PLC-basierter Steuerungstechnik SIMATIC S7-300F/400 S7-1500F F/1500F ETHERNET (z. B. PROFINET) Brennersteuerung Flammenwächter LFS Dez. I/O Konventionelle Steuerung z. B. BCU ET S/SP/M/pro Digital oder PROFIBUS-Schnittstelle Einschließlich Zündtransformator Digit. Signal (24 V): PROFINET. Sicherheitsabschaltventile Temperaturüberwachung Flammensonden Zündtransformator HMI Touch Panel Seite 4

5 F- Basisautomatisierungskonzept für die Brennersteuerung Brennersteuerung dezentraler Aufbau Übergeordneter PLC für die gesamte Ofenanwendung mit Brennerbausteinen (TIA) Flammenwächter LFS Brennersteuerung ET200 Flammensonde Zündtrafo Brenner 1 Brenner 2 Brennstoffzufuhr Seite 5

6 F- Basisautomatisierungskonzept für die Brennersteuerung Brennersteuerung dezentraler Aufbau S7-400 mit ET 200SP Übergeordneter PLC für die gesamte Ofenanwendung mit Brennerbausteinen (PCS 7) Flammenwächter LFS Brennersteuerung ET200 Flammensonde Zündtrafo Brenner 1 Brenner 2 Brennstoffzufuhr Seite 6

7 F- F- Basisautomatisierungskonzept für die Brennersteuerung Brennersteuerung dezentraler Aufbau S7-400 mit ET 200M Übergeordneter PLC für die gesamte Ofenanwendung mit Brennerbausteinen (PCS 7) Flammenwächter LFS Brennersteuerung ET200 Flammensonde Zündtrafo Brenner 1 Brenner 2 Brennstoffzufuhr Seite 7

8 SP-CPU F- F- Basisautomatisierungskonzept für die Brennersteuerung Dezentrale autarke Brennersteuerung mit ET 200SP-CPU Übergeordnete PLC Flammenwächter LFS Flammensonde Brennersteuerung mit ET 200SP-CPU und Brennerbausteinen Zündtrafo Brenner 1 Brennstoffzufuhr Seite 8

9 F- F- Auswertung fehlersicherer Signale Qualitative Temperatur-/Druckmessung (mit F-) F-PLC mit F-Programm für die Auswertung und Fehlererkennung Sensor 2 Sensor 1 Brennersteuerung ET200 mit fehlersicheren und Standardbaugruppen Brennkammer Brennstoffzufuhr Sicherheitsabschaltventile SIL-fähige qualitative Temperatur-/Druckmessung Seite 9

10 F- F_RD_SENSOR Qualitative Temperatur-/Druckmessung (ohne F-) F-PLC mit F-Programm für die Auswertung und Fehlererkennung Brennersteuerung ET200 mit fehlersicheren und Standardbaugruppen Sensor 2 Sensor 1 F-Programm mit Diagnosefunktion Brennkammer Brennstoffzufuhr Sicherheitsabschaltventile SIL-fähige qualitative Temperatur-/Druckmessung Seite 10

11 Erläuterungen zur Brennerbibliothek (9 Funktionsbausteine) mit TIA Portal V13 + S7-1500F/1200F Funktion für die Steuerung eines Öl- /Gasbrenners (F_GAS_BU / F_OIL_BU) a) Überwachung von Brennstoff / Luft / Betriebsbedingungen b) Steuerung des Brenners c) Öffnen der Sicherheitsabschaltventile d) Flammenerkennung Reinigung von Ölbrennern (F_OIL_CLEAN) a) Steuerung des Vorbrenners b) Steuerung des Dampfablassventils Dampfablassventils Luftregler P Flammenwächter Brenner Temperaturfühler Funktion für das fehlersichere Lesen Lesen von von Standard- Standard- (F_RD_SENSOR) (F_RD_SENSOR) a) Überwachung der der Werte Werte auf auf Einhaltung Einhaltung von Grenzwerten von b) Validierung der gelesenen Werte Grenzwerten b) Validierung der gelesenen Werte Funktion für die Vorbelüftung (F_PRE_PURGE) a) Überwachung auf der korrekten Vorbelüftung Vorbelüftung b) Steuerung der der Luftklappe Steuerung und Überwachung des Vorbrenners (F_IGNTR) a) Überwachung der Zündflamme b) Zündventilüberwachung Brennstoff- Brennstoff- /Luftgemischregelung /Luftgemisch regelung Zündventile Brennstoffzufuhr Sicherheitsabschaltventile P Vorbrenner Brennstoffregler Durchführung einer Gasdichtigkeitsprüfung (F_TIGHTN) a) Überprüfen der Brennstoff- / Sicherheitsabschaltventile Steuerung und Überwachung der Aktoren... Luft- / Brennstoffregler: mit Endlagenmeldung (F_RD) a) Starten der Zündposition b) Stellungsüberwachung der Regler Analoge Regelung (F_POS_CH) a) Starten der Zündposition b) Verhältnisüberwachung / -regelung c) Stellungsüberwachung der Regler P Seite 11

12 Wo / wie ist das Applikationsbeispiel erhältlich? Brenner Applikationsbeispiel Brenner Applikationsbeispiel für TIA Portal Seite 12

13 Einbindung der Bibliothek in TIA Vorgehen: 1. Extras Globale Bibliotheken Bibliothek dearchivieren klicken 2. Gewünschtes Bibliothels- Archiv anwählen und auf Öffnen klicken 3. Zielverzeichnis wählen und die Bibliothek dorthin dearchivieren Bibliothek auswählen und anschließend ein Zielverzeichnis wählen 4. Die Bibliothek sollte nun bei Anwahl des Reiters Bibliotheken unter Globale Bibliotheken zu finden sein Seite 13

14 F- F_RD Steuerung und Überwachung der Luftklappe Luftklappe Brennkammer Funktionen von F_RD Steuert die Stellung der Luftklappe(n) Bewegt die Luftklappe in Zündstellung Überwacht, ob die Sollpositionen in einer definierten Sicherheitszeit erreicht werden Wird ein Fehler erkannt, wird die Luftklappe geschlossen und der Brenner kann nicht angefahren werden Seite 14

15 F- AO F_POS_CH Steuerung/Überwachung der Aktoren P P Brennstoffzufuhr F_POS_CH: Überwacht die Stellung der Regler für Luft- und Brennstoffzufuhr Überwacht, ob die Sollpositionen innerhalb einer definierten Sicherheitszeit erreicht werden Überwacht, ob die Regler für Luft und Brennstoff eine definierte Differenz nicht übersteigen (z. B.: Gas offen, Luft geschlossen Fehler) Tritt ein Fehler auf, werden die Regler in eine definierte Sicherheitsstellung bewegt Kann für die Implementierung einer elektronischen Verschaltung verwendet werden Seite 15

16 F- F_TIGHTN Durchführen einer Gasdichtigkeitsprüfung Brennkammer Brennstoffzufuhr P Sicherheitsabschaltventile Funktionen von F_TIGHTN: Steuert und überwacht die Gasdichtigkeitsprüfung (Leckagetest der Ventile in den Versorgungsleitungen für gasförmige Brennstoffe) Tritt ein Fehler auf (Ventil undicht), kann der Brenner nicht angefahren werden Mit oder ohne Entlüftungsventil zwischen dem Sicherheitsabschaltventil erhältlich Seite 16

17 F- F_IGNTR Steuerung/Überwachung eines Vorbrenners Flammendetektor Brennstoffzufuhr P Zündventil(e) Zündtransformator Funktionen von F_IGNTR: Steuert den Zündtrafo und das/die Zündventil(e) Überwacht den sicheren Betrieb des Vorbrenners über die Eingänge der Zündervorverriegelung und Prozessüberwachung (Schaltbedingungen) Tritt ein Fehler auf, werden die angesteuerten Komponenten in einen sicheren Zustand gebracht Ermöglicht die Durchführung eines Zündtests (wenn der Ofen ausgeschaltet ist) Seite 17

18 F- F_GAS_BU Steuerung eines Gasbrenners P Brennstoffzufuhr P Sicherheitsabschaltventile F_GAS_BU: Steuert die Brennstoffventile Gibt den Startbefehl für den Zündprozess (Signal für den Zündbaustein F_IGNTR) Überwacht den sicheren Brennerbetrieb (Flamme, Gasdruck, Luftdruck, Starten, Anlauf und Betriebsbedingungen usw.) Tritt ein Fehler auf, wird der Brenner abgeschaltet Seite 18

19 F- F_OIL_BU Steuerung eines Ölbrenners P Brennstoffzufuhr P Sicherheitsabschaltventile F_OIL_BU: Steuert die Brennstoffventile Gibt den Startbefehl für den Zündprozess (Signal für den Zündbaustein F_IGNTR) Überwacht den sicheren Brennerbetrieb (Flamme, Gasdruck, Luftdruck, Starten, Anlauf und Betriebsbedingungen usw.) Tritt ein Fehler auf, wird der Brenner abgeschaltet Seite 19

20 V F- F_PRE_PURGE (Vor-)Belüftung Klappe Volumendurchfluss Brennkammer Funktionen von F_PRE_PURGE: Steuert die Luftklappe nach Bedarf während der Dauer der Vorbelüftung Überwacht die sichere Funktion der Vorbelüftung (z. B. Luftdurchsatz, Betriebsbedingungen usw.) Kann vor dem Anfahren oder nach einer (Sicherheits-)Abschaltung des Brenners verwendet werden Tritt ein Fehler auf, wird die Vorbelüftung abgeschaltet (und die Luftklappe geschlossen) Seite 20

21 F- F_OIL_CLEAN Reinigung des Ölbrenners Zündtransformator Brennstoffzufuhr Reinigungsventil Funktionen von F_OIL_CLEAN: Führt das Reinigungsprogramm für den Ölbrenner aus Steuert die Zündung (F_IGNTR) und das Reinigungsventil Kann vor und nach dem Brennerbetrieb verwendet werden Tritt ein Fehler auf, wird die Reinigung abgeschaltet Seite 21

22 Empfehlung für die Verwendung von F-PLCs Auszug aus der Dokumentation zum Applikationsbeispiel für TIA Portal (Brennerbibliothek) Seite 23

23 F- AO Konfiguration mit SIMATIC Sensor 2 Sensor 1 Zündtransformator Flammenwächter Flammensensor P1 P2 Sicherheitsabschaltventile Seite 24

24 Verfügbare Siemens BT Produkte Flammenüberwachung Flammenwächter (LFS) Öl Gas LFS1.21A2 Bestell-Nr: LFS1.21A2-M16-BG LFS1.11A2 Bestell-Nr: LFS1.11A2-M16-BG Flammenfühler Photozelle Ionisation UV QRA4.U Bestell-Nr: tbd Beschaffung Bauseits, Brennerhersteller oder Großhandel RAR9 Bestell-Nr: RAR9(2)-AGG09-BG Für Anwendungen bis SIL 3 zugelassen (UV-Fühler QRA4.U in Prüfung) Anzeige der Flammenqualität (0 10V Analogsignal & Front-LED) Einfache Einbindung (2 x 24V DC-Signal zur Anbindung an F-) Digitale Kommunikation BCI (Koppelmodul mit galv. Trennung, Bibliothek) Dauerbetrieb (mit Ionisations-Sonde und Photozelle) Seite 25

25 Kompatible Siemens BT Produkte Stellglieder, Ventile, Sensoren Stellantriebe SQM Stellglieder Gas, Luft SQM40/41 bis 18 Nm kompakt, adaptierbar zu Linearstellglied VKP40 Gasregelklappe VKF SQM5 bis 40 Nm integrierte elektronische Linearisierung, Handbetrieb, 24 V Variante Funktion Steuern Feedback Schalter Beschreibung 4..20mA; 230V 3 Punktschritt 2-kanalig über Doppelpotentiometer (1 kohm) bis zu 8 Nockenschalter u.a. sichere Zündposition Typ Linearstellglied VKP Drosselklappe VKF Beschreibung ½ bis 2 Regelverhältnis 1:25 bis 400 m³/h bei dp 1kPa DN 50 bis DN200 Hohes Regelverhältnis Gas, Luft, Heißluft, Sicherheitsabsperrventile VG + Stellantrieb SKP Druckschalter QPL... Funktion Beschreibung Funktion Beschreibung Steuern 230V AC Digital Feedback 2-kanalig 24V DC (Wechselktkt.) Cu/AgZnO 2 -Kontakte (keine Goldk.) Feedback Druck 24V Feedback-Signal Einzelventile bis 120 kpa, Doppelventile bis 100 kpa Druck Medien 5 verschiedene Druckbereiche bis 50 kpa Gas, Luft Seite 26

26 F- AO Konfiguration mit SIMATIC und Siemens BT Produkten Feedback: 24 V (1oo2) Flammenwächter LFS Stellmotor für Luft SQM 4 / 5 Flammens Flammensensor Zündtransformator Zündtransfo Feedback: 24-V-Eingang (1oo1) (optional) Sicherheitsabschaltventile SKP25 & SKP55 (mit Druckregelung) Feedback: 24 V (1oo2) Druckschalter QP (kann direkt auf dem Ventilbaustein montiert werden) Stellmotor für Gas SQM 4 Steuerung & Feedback: 4-20 ma 4-20 / 0-10 ma V / RTD Seite 27 Doppelventilbaustein VGD20 Steuerung: 24 V / 230 V (jeweils (bis 5 bis A möglich) 5 A möglich)

27 Unterstützung für Öfen und Thermoprozessanlagen Siemens bietet 3 verschiedene Support-Leistungen 1. Brenner-Applikationsbeispiele für STEP7 und PCS7 Internet: Im Industry Online Support können die Baustein-Bibliotheken kostenlos angefordert werden. 2. Technischer Support für die Brennerbibliothek Auf der Seite Service & Support kann eine Anfrage gesendet werden Weitere Informationen finden Sie unter Support Request. Tel.: +49 (911) Bis 1 Stunde gebührenfrei, dann nach Auftrag oder AVC je nach Kostenaufwand. 3. Dienste für die Brennerbibliothek über Siemens Expert House Für Dienste und erweiterten technischen Support für die Brennerbibliothek, wie z. B. Unterstützung bei Planung und Entwicklung Inbetriebnahme und Service Unterstützung bei der Validierung usw. Für obige Dienstleistungen steht Ihnen das HF-Team im Expert House (DF CS SD EH 1 2) gegen Gebühr zur Verfügung. Bitte wenden Sie sich an Ihren Siemens-Ansprechpartner vor Ort oder klicken Sie innerhalb des Siemens-Netzwerks hier (SCD). Seite 28

28 Chancen Chancen Offenes, flexibles und einfach erweiterbares System Umfangreiches Produktprogramm für SIMATIC und ET200, software-basierte Lösung, Verwendung offener Standards (z. B. Profinet) Höherer Wirkungsgrad der Verbrennung (durch elektronische Verhältnisregelung) Präzise Verhältnisregelung durch analoge Messungen zur Erfüllung z. B. der Ökodesign -Richtlinie Einheitlichkeit des Systems (bei Automatisierung und Einhaltung der Normen) Weniger Komponenten von unterschiedlichen Herstellern (einfachere Wartung) Vereinfachung und Verringerung von Wartung und Service Hohe Wartungsfreundlichkeit über HMI, Programmierung einer "Serviceroutine", Fernzugriff über S PLC Einsparpotenzial bei mehreren Brennersystemen Weniger Komponenten erforderlich, geringerer Verdrahtungsaufwand, Seite 29

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Alexander Kessler Safety Consultant DF CS SD EH 1 2 Werner-von-Siemens-Str Erlangen, Germany Telefon: +49 (9131) Mobil: +49 (172) Alexander.Kessler@Siemens.com Seite 30