Automação de caldeiras: descrição, dispositivo e diagrama

2025 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2025-01-24 13:23

Para regular e otimizar o funcionamento das unidades de caldeiras, meios técnicos começaram a ser utilizados ainda nas fases iniciais de automação da indústria e produção. O atual nível de desenvolvimento nesta área pode aumentar significativamente a rentabilidade e confiabilidade dos equipamentos da caldeira, garantir a segurança e a intelectualização do trabalho do pessoal de manutenção.

Objetivos e metas

Os modernos sistemas de automação da sala de caldeiras são capazes de garantir uma operação eficiente e sem problemas do equipamento sem intervenção direta do operador. As funções humanas são reduzidas ao monitoramento online de desempenho e parâmetros de todo o complexo de dispositivos. A automação de caldeiras resolve as seguintes tarefas:

• Início e paragem automático de caldeiras.
• Regulação da potência da caldeira (controle em cascata) de acordo com as configurações primárias fornecidas.
• Controle de bombas de alimentação, controle de níveisrefrigerante nos circuitos de trabalho e consumidor.
• Parada de emergência e acionamento dos dispositivos de sinalização, caso os valores operacionais do sistema ultrapassem os limites estabelecidos.

Objeto de Automação

Equipamento de caldeira como objeto de regulação é um sistema dinâmico complexo com muitos parâmetros de entrada e saída inter-relacionados. A automação das caldeiras é complicada pelo fato de a velocidade dos processos tecnológicos nas unidades de vapor ser muito alta. Os principais valores ajustáveis incluem:

• vazão e pressão do refrigerante (água ou vapor);
• descarga na fornalha;
• nível do tanque de alimentação;
• Nos últimos anos, exigências ambientais crescentes foram impostas à qualidade da mistura de combustível preparada e, como resultado, à temperatura e composição dos produtos de exaustão de fumaça.

Níveis de automação

O grau de automação é definido ao projetar uma casa de caldeira ou ao revisar/substituir equipamentos. Pode variar desde o controle manual de acordo com as indicações da instrumentação até o controle totalmente automático de acordo com algoritmos dependentes do clima. O nível de automação é determinado principalmente pela finalidade, capacidade e características funcionais da operação do equipamento.

A automação moderna da sala de caldeiras implica uma abordagem integrada - os subsistemas de monitoramento e regulação de processos tecnológicos individuais são combinados em uma única rede com funçõescontrole de grupo.

Estrutura geral

A automação de caldeiras é construída em um esquema de controle de dois níveis. O nível inferior (campo) inclui dispositivos de automação local baseados em microcontroladores programáveis que implementam proteção técnica e bloqueio, ajuste e alteração de parâmetros, conversores primários de grandezas físicas. Isso também inclui equipamentos projetados para converter, codificar e transmitir dados de informação.

O nível superior pode ser representado como um terminal gráfico embutido no gabinete de controle ou como uma estação de trabalho do operador baseada em um computador pessoal. Ele exibe todas as informações provenientes dos microcontroladores e sensores de nível inferior do sistema e insere comandos operacionais, ajustes e configurações. Além do despacho de processos, são resolvidas as tarefas de otimização de modos, diagnóstico da condição técnica, análise de indicadores econômicos, arquivamento e armazenamento de dados. Se necessário, as informações são transferidas para o sistema de gestão geral da empresa (MRP/ERP) ou localidade.

Automação de equipamentos de caldeira

O mercado moderno é amplamente representado por instrumentos e dispositivos individuais, bem como kits de automação nacionais e estrangeiros para caldeiras de vapor e água quente. As ferramentas de automação incluem:

• equipamento de ignição e controle de chama, partida econtrolar o processo de combustão de combustível na câmara de combustão da unidade de caldeira;
• sensores especializados (manômetros de tiragem e pressão, sensores de temperatura e pressão, analisadores de gás, etc.);
• atuadores (válvulas solenoides, relés, servoacionamentos, conversores de frequência);
• painéis de controle para caldeiras e equipamentos gerais de caldeiras (painéis, telas sensíveis ao toque);
• armários de comutação, linhas de comunicação e fonte de alimentação.

Ao escolher os meios técnicos de controle e monitoramento, deve-se atentar para as automáticas de segurança, o que exclui a ocorrência de situações de emergência e emergência.

Subsistemas e funções

Qualquer esquema de automação de sala de caldeira inclui subsistemas de controle, regulação e proteção. A regulação é realizada mantendo o modo de combustão ideal, definindo o vácuo no forno, a vazão de ar primário e os parâmetros do refrigerante (temperatura, pressão, vazão). O subsistema de controle envia os dados reais sobre a operação do equipamento para a interface homem-máquina. Os dispositivos de proteção garantem a prevenção de situações de emergência em caso de violação das condições normais de operação, fornecimento de luz, sinal sonoro ou desligamento de caldeiras com fixação da causa (em display gráfico, diagrama mnemônico, blindagem).

Protocolos de comunicação

Automação de caldeiras com base em microcontroladores minimiza o uso emdiagrama de comutação de relés e linhas de controle de energia. Para conectar os níveis superior e inferior do sistema de controle automatizado, transferir informações entre sensores e controladores, para traduzir comandos para atuadores, é utilizada uma rede industrial com interface e protocolo de transferência de dados específicos. Os padrões mais utilizados são Modbus e Profibus. São compatíveis com a maior parte dos equipamentos utilizados para automatizar as instalações de aquecimento. Eles se distinguem por altas taxas de confiabilidade de transferência de informações, princípios de operação simples e compreensíveis.

Economia de energia e efeitos sociais da automação

Automação de casas de caldeiras elimina completamente a possibilidade de acidentes com a destruição de edifícios de capital, a morte de pessoal de serviço. A ACS é capaz de garantir o funcionamento normal dos equipamentos 24 horas por dia, minimizando a influência do fator humano.

À luz do aumento contínuo dos preços dos recursos de combustível, o efeito de economia de energia da automação não é o menos importante. A economia de gás natural, atingindo até 25% por estação de aquecimento, é fornecida por:

• Relação "gás/ar" ótima na mistura combustível em todos os modos de operação da casa de caldeira, correção pelo teor de oxigênio nos produtos de combustão;
• a capacidade de personalizar não apenas caldeiras, mas também queimadores a gás;
• regulando não só a temperatura e pressão do refrigerante na entrada e saída das caldeiras, mas também tendo em conta os parâmetros ambientais(tecnologia compensada pelo clima).

Além disso, a automação permite implementar um algoritmo energeticamente eficiente para aquecimento de instalações não residenciais ou edifícios que não são usados nos finais de semana e feriados.