Tecnologia all avanguardia per la regolazione ed il controllo degli impianti caldaia 2 Relazione specialistica Dipl. Wirtschaftsing. (FH), Dipl. Informationswirt (FH) Markus Tuffner, Bosch Industriekessel GmbH Tecnologia all avanguardia per la regolazione ed il controllo degli impianti caldaia Dal 2001, Bosch Industriekessel GmbH è il primo produttore di caldaie ad utilizzare di serie sistemi di controllo a base di PLC per gli impianti caldaia a grande volume d acqua. L idea è diventata un determinante successo di mercato, tale da rientrare nella dotazione standard. I sistemi di comando vengono continuamente sviluppati. Grazie ai display touch screen grafici ad uso intuitivo viene raggiunta, in unione alle unità di comando a logica programmabile, la massima trasparenza di esercizio e connettività. Teleservice Sistema di controllo del processo Gestione di esercizio e di segnalazione delle anomalie BCO BCO Sistema di gestione impianto SCO UL-S UNIVERSAL Caldaia per vapore WA Modulo analisi acqua WTM Modulo trattamento acqua WSM Modulo servizio acqua di alimento CSM Modulo servizio condense Figura 1: Il modulare sistema di controllo a base di PLC Boiler Control, System Control BCO/SCO di seconda generazione
2 Tecnologia all avanguardia per la regolazione ed il controllo degli impianti caldaia Descrizione Hardware I sistemi innovativi di gestione caldaie utilizzati prevedono l uso di hardware industriale per unità di controllo a logica programmabile. Si tratta di dispositivi che svolgono tutte le funzioni di controllo e regolazione delle caldaie ovvero degli impianti caldaia e che sono in grado di comunicare, tramite sistemi bus o reti, con altre unità di controllo (ad esempio sistemi di gestione bruciatori, sistemi di controllo separati di altri moduli della sala caldaia, sistemi di controllo di livello superiore). La catena di sicurezza è realizzata con la tradizionale tecnologia a base di contattori e relè. Figura 2: Touch Screen Display del controllo caldaia Boiler Control utilizzato su caldaia a vapore con economiser e surriscaldatore La storia Fin dai primi anni 60, Bosch Industriekessel GmbH costruisce in proprio i sistemi di controllo. Lo sviluppo e la produzione di una propria gamma di sistemi elettronici di regolazione e di sicurezza per le caldaie apportava notevoli miglioramenti alla sicurezza nell esercizio di caldaie a vapore e ad acqua surriscaldata. 1965 Dispositivo di segnalazione e visualizzazione anomalie con memoria (brevetto tedesco) 1966 Dispositivo elettronico di controllo per camere di combustione (brevetto tedesco) 1977 Dispositivo di comando e controllo elettrodi con automonitoraggio (brevetto tedesco) 1994 Dispositivo di controllo livello d acqua in caldaie (brevetto tedesco) 2000 Procedura per la regolazione di potenza di caldaie a vapore (brevetto tedesco) 2001 Sistema di controllo caldaia ed impianto BCO/SCO basato su PLC 2004 Analizzatore acqua WA completamente automatizzato 2007 Sistema di controllo caldaia ed impianto BCO/SCO di seconda generazione con display touch screen 2010 Dispositivo automatico di avvio per impianti con caldaia a vapore 2013 Condition Monitoring basic Tutto il software di controllo è memorizzato su Micro Memory Card. Diventa così possibile fare a meno di batterie di supporto e di Eeprom di protezione contro eventuali interruzioni dell alimentazione elettrica. Si tratta di dispositivi modulari che richiedono uno spazio ridotto e che vengono avvitati su binari profilati, formando così un robusto insieme che corrisponde appieno ai requisiti di compatibilità elettromagentica. A seconda delle esigenze specifiche, è possibile prevedere altri dispositivi optional, come ad esempio ulteriori ingressi ed uscite oppure un processore di comunicazione Profibus DP per il collegamento alla centrale di controllo. Sempre come optional è disponibile anche la rete Industrial Ethernet per poter collegare tra di loro diversi moduli di controllo, oppure come predisposizione per il teleservice. Fruendo del teleservice, è possibile creare il collegamento alla rete, tramite linee analogiche o ISDN. Possono essere analizzati, ottimizzati i parametri di regolazione, possono essere effettuate la diagnosi remote ed eliminate le cause delle anomalie. La novità degli ultimi sistemi consiste nella possibilità offerta all operatore di teleservice di riprodurre a remoto la completa superficie di comando dell impianto caldaia. Ciò significa che ora è in grado di seguire passo per passo le operazioni di comando eseguite dall utente in loco, oppure che l impianto può essere telecomandato dall operatore di assistenza, sotto il controllo dell utente. Quanto sopra offre straordinarie opportunità di supporto e di training. Figura 3: Toccando il manicotto dell acqua di alimentazione, sulle successive videate di controllo si riesce a modificare le impostazioni delle pompe ed i parametri di regolazione
Tecnologia all avanguardia per la regolazione ed il controllo degli impianti caldaia 3 Per la visualizzazione ed il comando sono previsti display grafici TFT con superficie sensibile al contatto. Grazie alla sua vita utile estremamente lunga ed ai suoi ottimi valori di luminosità e contrasto è adatto all uso industriale anche nelle condizioni più difficili. Il cliente può scegliere tra due modelli con dimensioni diverse. Il modello base da 8 pollici offre sufficiente spazio per la visualizzazione e il comando delle caldaie. Su richiesta è disponibile anche la variante da 10 pollici. Entrambi i quadri hanno una risoluzione di 640 x 480 pixel e 65.536 colori, che consentono di visualizzare in modo dettagliato anche le rappresentazioni più complesse. Su ambedue i modelli di unità di visualizzazione e controllo, sia le strutture grafiche dei menu che i messaggi d esercizio e l archivio dei valori di processo vengono memorizzati su Multi-Media-Card MMC. Descrizione software Grazie ai moduli di software funzionali, elaborati appositamente per le specifiche esigenze di regolazione delle caldaie e degli impianti caldaia, collaudati in fabbrica, è possibile soddisfare i complessi requisiti per il funzionamento della caldaia in tutta sicurezza. Il cliente usufruisce della vasta esperienza raccolta con le numerose varianti di impianti installati, che hanno permesso di collaudare a livello pratico ed in maniera approfondita i singoli moduli software. Solo in rari ed eccezionali casi si procede alla programmazione individuale specifica. Guida grafica dell utente con massima trasparenza dei dati d esercizio Per semplificarne al massimo l utilizzo, i simboli, gli elementi grafici e la guida utente dei display touch screen sono stati realizzati tenendo conto dei più recenti risultati di ricerca dell ergonomia e della usability. Per l accesso alle funzioni di controllo e di regolazione e per la visualizzazione e modifica dei valori reali e nominali sul display a colori si procede in maniera semplice ed intuitiva. BCO, già nella sua versione base, visualizza molti stati d esercizio, dati d esercizio e valori di misura sul display grafico. Ne fanno parte ad esempio in ogni caso le ore d esercizio della caldaia, del bruciatore (nei casi in cui la caldaia sia equipaggiata con due bruciatori, separatamente per ogni bruciatore) ed il numero delle partenze del bruciatore. Tutti i punti di commutazione, le differenze di commutazione ed i contatti limite impostati sono visualizzabili. I dati di processo importanti vengono memorizzati, ad intervalli programmati, sulla scheda di memoria del sistema di controllo caldaia o impianto. L archivio è strutturato in maniera ciclica: quando la capacità di memoria è raggiunta, vengono cancellati i dati di processo più vecchi e vengono archiviati i dati più recenti. Questi dati possono poi essere visualizzati su display in forma grafica (a curve). Gli archivi dei valori di processo possono essere consultati anche dall assistenza clienti. I dati possono essere ulteriormente elaborati come testo o in tabelle. Le analisi riguardanti il consumo di combustibile e l andamento dei valori di vapore e di temperatura risultano ora molto più facili. L elevato grado di trasparenza dei dati d esercizio permette l ottimizzazione, con la massima semplicità, dei parametri di regolazione, e riduce al minimo il consumo d energia, l emissione di sostanze nocive e l usura dell impianto caldaia. Le funzioni di protezione integrate aiutano ad evitare errori di comando In tutti i meccanismi di controllo e regolazione della caldaia e dell impianto sono integrate funzioni di protezione. BCO/SCO assicura ad esempio che le pompe con regolazione del numero di giri vengano utilizzate soltanto nelle gamme ammesse, cioè che vengano rispettati i valori di portata minima e massima. Tempi di ritardo programmati evitano il funzionamento pulsante degli impianti di combustione, con tutti i relativi effetti negativi che un tale funzionamento avrebbe in termini di maggiore usura e consumo di combustibile. Non appena l analizzatore acqua WA eventualmente previsto, riconosce un incremento della durezza, viene chiusa la valvola per acqua di aggiunta, proteggendo così l impianto da eventuali conseguenze negative. Un comportamento simile è previsto anche in caso di rilevamento di flussi di condensa contaminati l afflusso di condensa viene immediatamente bloccato, evitando il danneggiamento dell impianto. In tutti i meccanismi di controllo e regolazione della caldaia e dell impianto sono integrate funzioni di protezione. BCO/SCO assicura ad esempio che le pompe con regola- Figura 4: vista in dettaglio con nuovo messaggio ottico in forma di una funzione a semaforo
4 Tecnologia all avanguardia per la regolazione ed il controllo degli impianti caldaia zione del numero di giri vengano utilizzate soltanto nelle gamme ammesse, cioè che vengano rispettati i valori di portata minima e massima. Tempi di ritardo programmati evitano il funzionamento pulsante degli impianti di combustione, con tutti i relativi effetti negativi che un tale funzionamento avrebbe in termini di maggiore usura e consumo di combustibile. Non appena l analizzatore acqua WA eventualmente previsto, riconosce un incremento della durezza, viene chiusa la valvola per acqua di aggiunta, proteggendo così l impianto da eventuali conseguenze negative. Un comportamento simile è previsto anche in caso di rilevamento di flussi di condensa contaminati l afflusso di condensa viene immediatamente bloccato, evitando il danneggiamento dell impianto. Condition Monitoring basic CMbasic offre ai clienti la possibilità di monitorare sia l efficienza e sia l esercizio conforme alle norme del proprio impianto. Allo scopo vengono analizzati e valutati i dati dell impianto e rappresentati in modo trasparente tramite un modello a semaforo. Gli algoritmi di calcolo mirano ad una previsione significativa. I modi d esercizio, che possono avere come conseguenza la mancata produttività, l usura elevata o i guasti non previsti, devono essere riconosciuti il prima possibile e quindi evitati. CMbasic influisce positivamente su un efficienza di sistema e una disponibilità dell impianto che restano costantemente elevati. Figura 5: Funzioni base del sistema di controllo caldaia BCO per caldaie a vapore Teleservice Tecnologia di controllo Centralizzata Livello Pressione BCO installato nel quadro elettrico Conducibilità Regolazione della potenza con selezione del combustibile Regolazione della defangazione Regolazione del livello La varietà Gestione delle automatica funzioni dello spurgo viste in dettaglio Le funzioni in presenza di impianti di caldaie a vapore Boiler Control BCO per impianti di caldaie a vapore La regolazione della potenza della caldaia è adatta per bruciatori sia a gas che ad olio e misti, con connessione elettronica o meccanica. BCO trova applicazione sia su impianti caldaia con impianti di combustione a gradini, sia su quelli con impianti di combustione a modulazione. La regolazione del livello del liquido può essere configurata sia a regolazione a due punti che a regolazione continua. La regolazione continua viene realizzata con pompe di alimentazione con regolazione del numero di giri, con funzione integrata di protezione delle pompe, oppure con un modulo di regolazione continua basato sul ricircolo dello stramazzo. Le altre funzioni dell BCO consistono nella regolazione della demineralizzazione e della sfangatura. Oltre alle suddette 4 funzioni di base, di cui dispone quasi ogni moderna caldaia a vapore, l BCO può essere ampliato con ulteriori opzioni e funzioni, ad es.: Partenza automatica da freddo (vedere il campo specializzato Dispositivo di avviamento automatico per impianti con caldaia a vapore ).
Tecnologia all avanguardia per la regolazione ed il controllo degli impianti caldaia 5 Misurazione e regolazione della temperatura dei gas di scarico per caldaie con economiser. Misurazione e regolazione della temperatura del vapore caldo per caldaie con surriscaldatore. Misurazione quantitativa dei flussi di vapore, acqua di alimentazione e combustibile. Commutazione automatica delle pompe di alimentazione, in base alla pressione, al tempo e alle anomalie. Mantenimento del calore temporizzato con abbassamento della pressione. Visualizzazione delle ore d esercizio, della frequenza di avvio, del numero di avvii da freddo nel tempo. Riconoscimento di stati di avvio non validi. Riconoscimento di sporco nell acqua e lato gas combusti o condensazione non desiderata. Generazione di messaggi di manutenzione in base alle necessità. Rappresentazione di perdite di energia dovute a sfangatura e desalinizzazione. * Visualizzazione del consumo di combustibile e di acqua nel tempo. * Rappresentazione della quantità di vapore prelevato nel tempo. * Visualizzazione del profilo di carico della caldaia nel tempo. * Collegamento a sistemi di controllo di livello superiore. Teleservice a richiesta o con contratto di teleservice. * L equipaggiamento dell impianto caldaia è configurabile individualmente dal cliente. A causa dei dispositivi di misurazione e regolazione selezionati, diverse funzioni possono essere limitate o non essere disponibili. System Control SCO per impianti di caldaie a vapore Il sistema di controllo System Control SCO controlla le caldaie a vapore nonché singoli moduli eventualmente presenti, raggruppando il tutto in un sistema di gestione di livello superiore, offrendo un infinità di possibilità. SCO esegue inoltre il controllo sequenziale di impianti a più caldaie. A seconda delle richieste e delle specifiche esigenze dei clienti, sono disponibili una serie di diverse possibilità di controllo e regolazione. Come parametro di regolazione può essere utilizzata sia la quantità di vapore che la pressione di rete. L inclusione della caldaia secondaria avviene tramite l apertura di una valvola di regolazione della quantità di vapore oppure tramite l incremento della sovrappressione della caldaia, precedentemente diminuita per il periodo di stand-by, fino al raggiungimento della pressione di rete. También existe la posibilidad de integrar el innovador dispositivo per l analisi dell acqua, el WA. In questo modo l impianto viene completamente automatizzato e protetto anche per quanto riguarda il lato acqua. L esatto dosaggio degli agenti chimici ed il preciso controllo della valvola a vapore di sfiato, resi possibili con questa integrazione, permettono di risparmiare acqua, energia, agenti chimici, costi d esercizio ed allo stesso tempo permettono di proteggere l ambiente. In questo modo è possibile fare a meno di separate unità di controllo per impianti di degassificazione, impianti di gestione della condensa, sistemi di controllo corpi estranei e sistemi di alimentazione olio. Tutte queste funzioni possono essere integrate direttamente nell SCO. Gli attuatori, ad esempio quello per la valvola di prelievo vapore o per la valvola del gas di scarico, possono essere comandati sia automaticamente che manualmente. BCO è predisposto anche per l esercizio senza sorveglianza ( BOB ) per 72 h (secondo EN 12953). Figura 6: Nel sinottico dell SCO i singoli componenti dell impianto, come il serbatoio di acqua di alimentazione, gli impianti a più caldaie e l alimentazione di combustibile vengono rappresentati con simboli di facile comprensione basta un semplice tocco, e verranno visualizzati i rispettivi componenti (figura a destra: Serbatoio acqua di alimentazione con degassificazione)
6 Tecnologia all avanguardia per la regolazione ed il controllo degli impianti caldaia Figura 7: Funzioni dell BCO per caldaie ad acqua surriscaldata Mandata Ritorno Teleservice Tecnologia di controllo centralizzata Sicurezza temperatura acqua di ritorno Temperatura di mandata Temperatura di ritorno ECO/Temperatura di ingresso BCO installato nel quadro elettrico Regolazione della Potenza Mantenimento della temperatura ECO/Regolatore temperatura ingresso acqua Le funzioni in presenza di impianti caldaia ad acqua surriscaldata Boiler Control BCO per impianti caldaia ad acqua surriscaldata Le funzioni di base del BCO per caldaia ad acqua surriscaldata corrispondono al comando della caldaia per impianti caldaia a vapore. Oltre alle funzioni di base sono possibili ulteriori funzioni di misurazione e regolazione, apposite per impianti caldaia ad acqua surriscaldata: Misurazione e regolazione della temperatura di ingresso in scambiatori di calore per caldaie con economiser o condensatore gas di scarico. Misurazione e regolazione della temperatura di mandata. Mantenimento della temperatura di ritorno tramite pompa di miscelazione. Mantenimento del calore temporizzato. Visualizzazione delle ore d esercizio, della frequenza di avvio, del numero di avvii da freddo nel tempo. Riconoscimento di stati di avvio non validi. Riconoscimento di sporco nell acqua e lato gas combusti o condensazione non desiderata. Generazione di messaggi di manutenzione in base alle necessità. Visualizzazione del consumo di combustibile e di acqua nel tempo. * Visualizzazione del profilo di carico della caldaia nel tempo. * Collegamento a sistemi di controllo di livello superiore. Teleservice a richiesta o con contratto di teleservice.
Tecnologia all avanguardia per la regolazione ed il controllo degli impianti caldaia 7 * L equipaggiamento dell impianto caldaia è configurabile individualmente dal cliente. A causa dei dispositivi di misurazione e regolazione selezionati, diverse funzioni possono essere limitate o non essere disponibili. System Control SCO per impianti di caldaie ad acqua surriscaldata Come per gli impianti a caldaie a vapore, il System Control raggruppa i singoli moduli di controllo delle caldaie ad acqua surriscaldata in un sistema di gestione di livello superiore. SCO trova applicazione nel controllo sequenziale di impianti a più caldaie, per l integrazione di impianti di degassificazione, analizzatori d acqua, sistemi di controllo corpi estranei, sistemi di alimentazione di combustibile, sistemi vari per la regolazione della pressione e della temperatura, sistemi di mantenimento della temperatura di ritorno o di sistemi di regolazione caldaia in base all andamento climatico. I vantaggi in breve I vantaggi per i progettisti e gli impiantisti La tradizionale logica a relais con elementi di comando elettromeccanici, interruttori, singoli regolatori digitali, temporizzatori nonché le lampadine di funzionamento e d anomalia è stata quasi completamente sostituita. Coll uso di collaudati standard industriali e di moduli software collaudati in fabbrica, installati di serie, si ottiene la massima sicurezza possibile di progettazione e di funzionamento. BCO/SCO permette di ottimizzare, in maniera semplice, tutte le funzioni di misurazione e di regolazione. Viene ridotto il consumo d energia, l emissione di sostanze nocive e l usura. BCO/SCO permette la massima sicurezza di alimentazione e di esercizio. Una capiente memoria di messaggi d esercizio con sistema di preallarme integrato permette di riconoscere eventuali parametri di regolazione impostati in maniera errata, prima che avvenga la disattivazione della caldaia per motivi di sicurezza. BCO/SCO offre la massima trasparenza dei dati d esercizio. Sul display grafico touch screen vengono visualizzati numerosi stati, dati d esercizio e valori di misurazione. BCO/SCO genera i messaggi di manutenzione in base ad una necessità concreta. BCO/SCO monitora l efficienza e l esercizio conforme dell impianto. BCO/SCO soddisfa tutti i requisiti specifici della moderna regolazione delle caldaie ed è idoneo per futuri ampliamenti, modifiche ed ammodernamenti. BCO/SCO permette un comando intuitivo, grazie all uso di simboli grafici ed alle visualizzazioni su moderni display a colori tipo touch screen. BCO/SCO impedisce errori di comando grazie alle sue funzioni di sicurezza integrate. BCO/SCO è predisposto allo scambio dati con sistemi di controllo di livello superiore ed alla teleassistenza. L opzione teleservice permette la riproduzione remota della superficie di comando, offrendo la possibilità di rapidi interventi in caso di problemi di comando e nella ricerca errori. Con i moduli di controllo Boiler Control BCO e System Control SCO avrete tutte le carte in regola per i requisiti futuri. Il collegamento con i sistemi di visualizzazione e controllo sovraordinati può avvenire tramite un interfaccia Bus opzionale. Il minor numero di singoli dispositivi usati riducono il lavoro di coordinamento ed approvvigionamento. I tempi di montaggio e di messa in esercizio vengono abbreviati grazie ai collegamenti ad innesto ed alle impostazioni già predisposte in fabbrica. I vantaggi per i clienti L apparato di automazione centralizzato BCO/SCO contiene tutta la logica di comando e di funzionamento dell impianto caldaia a vapore o ad acqua surriscaldata.
Impianti di produzione: Stabilimento di produzione 1 Gunzenhausen Bosch Industriekessel GmbH Nürnberger Straße 73 91710 Gunzenhausen Germania Stabilimento di produzione 2 Schlungenhof Bosch Industriekessel GmbH Ansbacher Straße 44 91710 Gunzenhausen Germania Stabilimento di produzione 3 Bischofshofen Bosch Industriekessel Austria GmbH Haldenweg 7 5500 Bischofshofen Austria www.bosch-industrial.com Bosch Industriekessel GmbH Figure solo a titolo di esempio Con riserva di modifiche 03/2013 TT/SLI_it_FB-Steuerung_02