Contrôle optimal d'un brûleur grâce au convertisseur de boucle HART [Référence]

Client | HP Consulting, bureau de planification en mesure, contrôle et technologie électronique

Projet | Dosage optimal du carburant grâce au convertisseur de boucle HART

Contexte

Les brûleurs industriels, notamment àbains de sels fondus, doivent être contrôlés en température durant le déroulement du procédé. Les brûleurs s'allument avec de l'hydrogène, un gaz pouvant contenir une quantité variable d'eau. La puissance de chauffe varie donc, ce qui a un impact négatif sur la production. Une nouvelle solution très efficace, reposant sur le convertisseur de boucle HART de Pepperl+Fuchs, montre comment optimiser le système de dosage en carburant à l'aide de quelques paramètres du procédé complémentaires.

La commande du brûleur régule l'arrivée de carburant par le biais d'une soupape de commande qui utilise généralement un orifice pour effectuer la mesure. Dans la plupart des cas, les valeurs de pression et de température sont préprogrammées. Si la teneur en eau de l'hydrogène est trop élevée, la puissance de chauffe chute et la température nécessaire au procédé sera insuffisante. Si sa teneur en eau est insuffisante, le brûleur surchauffera et la température du procédé augmentera. Dans tous les cas, le rendement ne sera pas optimal.

La solution

Pour remédier à cela, HP Consulting a développé une méthode élégante mais surtout économique. Ce bureau de planification en mesure, contrôle et technologie électronique, entre autres domaines, est installé à Grenzach-Wyhlen, en Allemagne. Il est spécialisé dans la conception de solutions pour systèmes de commande de brûleurs industriels et opère dans le monde entier depuis plus de 20 ans.

L'approche adoptée par HP Consulting repose sur des communications bidirectionnelles entre les équipements de terrain et les systèmes hôtes, via le protocole HART. Pour lire les valeurs numériques, HP Consulting utilise le convertisseur de boucle HART développé par Pepperl+Fuchs. Celui-ci peut enregistrer jusqu'à quatre signaux numériques HART, qu'il convertit ensuite en signaux analogiques de 4 mA à 20 mA. Il les achemine ensuite jusqu'au système hôte, un PLC dans le cas présent.

Les variables de commande supplémentaires reçues par le convertisseur de boucle HART, en plus du débit de l'équipement de terrain compatible HART, correspondent à la pression différentielle devant et derrière l'orifice, à la pression absolue et à la température de l'hydrogène. Deux topologies et modes différents sont proposés pour les communications entre le convertisseur HLC et l'équipement de terrain. Pour un système de commande de brûleur comme celui décrit ci-dessus, le convertisseur de boucle HART et une alimentation de transmetteur sont branchés en série entre l'équipement de terrain et le système de commande.

Une fois les paramètres du procédé lus, ils sont convertis par le convertisseur de boucle HART en signaux de courant analogiques et mis à disposition du PLC. La puissance de chauffe actuelle est calculée à partir de ces données ; elle est utilisée pour déterminer le facteur de correction nécessaire au dosage de l'hydrogène. La soupape de commande est contrôlée à partir du signal correspondant. Le débitmètre sur place est alimenté par le convertisseur de boucle HART.

« Les avantages sont indéniables »

Les expériences réalisées avec une solution du type HART ont chaque fois été fructueuses. « Les avantages sont indéniables » explique Henry Pelk, PDG de HP Consulting. « Nous économisons de l'énergie grâce au rendement du brûleur et bénéficions d'une mise en service plus rapide. Les dépenses en matériel sont moindres grâce aux variables numériques disponibles et à l'usage d'une infrastructure 4 mA-20 mA. » Le système est installé dans une zone à risque d’explosion, il est donc essentiel de limiter le nombre de points de transfert. Pour l'installation d'une solution du type HART, le simple branchement du convertisseur de boucle HART au PLC est suffisant. Si le client avait souhaité déterminer aussi précisément la quantité d'hydrogène sans recourir à cette option HART, il aurait fallu installer trois barrières isolées distinctes, ce qui aurait été beaucoup plus coûteux.