Elektryczne napędy ustawcze armatury AUMA w strefach zagrożonych wybuchem

Transkrypt

1 Nie tylko Ex Krzysztof Jędrzejewski, Robert Łudzień Auma Polska Sp. z o.o. Elektryczne napędy ustawcze armatury AUMA w strefach zagrożonych wybuchem AUMA Polska to solidny partner od ponad 15 lat realizujący dostawy do wielu gałęzi przemysłu, w tym również dla sektora Nafta i Gaz. Nowym niezawodnym produktem grupy AUMA są napędy DREHMO. Napędy te ze względu na wysoką niezawodność przy zachowaniu funkcjonalności dedykowane są do sektora Nafta i Gaz. Rys. 1. Napęd SAEx ze sterownikiem ACExC w wykonaniu Ex Napędy grupy AUMA mogą być stosowane do każdego rodzaju armatury: zaworów, zasuw, kurków, przepustnic, klap itp. Konstrukcja napędów w zależności od przewidzianego trybu pracy różni się między innymi rodzajem przekładni w napędzie, silnika, rodzajem wykorzystanych materiałów i smarów. Dla pracy regulacyjnej w sterownikach przewiduje się zabudowanie układu nawrotnego opartego na tyrystorach elementach półprzewodnikowych o dużej żywotności. W trybie pracy Otwórz/Zamknij stosowane są styczniki. Sterowanie binarne, analogowe, cyfrowe (ProfibusDP, Modbus RTU, Modbus TCP/ IP, Hart, DeviceNet, FieldbusFoundation) pozwala nam na znalezienie optymalnego rozwiązania dla najbardziej wymagających projektów. 70 Automatic Systems Engineering

2 minować możliwość dostania się wody do komory napędu. Każdy napęd w wykonaniu przeciwwybuchowym wyposażony jest w standardzie w podwójne uszczelnienie tzw. DS (ang. Double Sealed). Takie rozwiązanie zapewnia nominalną szczelność napędu IP68 nawet w przypadku niewłaściwego zadławienia przewodów sterowniczych i zasilających. Rys. 2. Obudowa ognioszczelna typu d zasada budowy Urządzenia AUMA w wykonaniu przeciwwybuchowym skonstruowane są w taki sposób, aby nie stały się źródłem zapłonu w przypadku pojawienia się atmosfery wybuchowej. Standardowa klasyfikacja napędów AUMA to II2G EEx de IIC T4. Klasa temperaturowa T4 gwarantuje, że obudowa napędu nie nagrzeje się do temperatury wyższej niż 135 C. Obudowa ognioszczelna napędów serii SAEx.2 i SQEx.2 oraz sterowników AMExC.1 i ACExC.2 charakteryzuje się grubszymi ścianami korpusu urządzenia oraz tym, że każde połączenie elementów obudowy jest zrealizowane poprzez wydłużenie tzw. zamka (rys. 2) z zachowaniem minimalnej szczeliny rzędu kilku µm. Konstrukcja ognioszczelna gwarantuje, że nawet w przypadku powstania wybuchu wewnątrz obudowy, jego energia nie wydostanie się na zewnątrz i nie będzie przyczyną wybuchu. Dzięki takiemu rozwiązaniu wszystkie elementy wewnątrz napędu lub sterownika są w standardowym wykonaniu, co pozwoliło obniżyć koszty całego napędu. Napędy AUMA mogą pracować w najtrudniejszych warunkach temperaturowych. Posiadamy wersje zarówno niskotemperaturowe, jak i wysokotemperaturowe, umożliwiające pracę napędów w wykonaniu przeciwwybuchowym w zakresie temperatur od -60 do +60 C. Często zdarza się, że armatura z napędem znajduje się w miejscu trudno dostępnym, narażonym na wysoką temperaturę lub duże drgania. Rozwiązaniem jest zastosowanie wersji rozdzielnej, w której zintegrowany z napędem sterownik jest umieszczany na uchwycie naściennym dostarczanym wraz z przewodem łączącym napęd i sterownik o długości do 100 m. Każdy napęd elektryczny posiada kółko ręczne do pracy awaryjnej. Nowa konstrukcja zasprzęglenia napędu ręcznego pozwala na aktywowanie napędu ręcznego w każdym położeniu kółka ręcznego, trwale zapewniając samohamowność całego napędu. Rozsprzęglenie kółka ręcznego następuje automatycznie po uruchomieniu silnika napędu. Istnieje również możliwość odsunięcia kółka ręcznego od napędu na odległość do 2,2 m z zachowaniem pełnej funkcjonalności w przypadku utrudnionego dostępu lub kolizji montażowych. Obudowa zawsze jest w wykonaniu ognioszczelnym d, natomiast przyłącze elektryczne może być w wykonaniu e (czyli obudowy wzmocnionej) lub typu d (obudowy ognioszczelnej). Przyłącze elektryczne typu gniazdo-wtyk pozwala na odłączenie połączenia elektrycznego od napędu bez konieczności odkręcania każdego przewodu z osobna, np. w przypadku prac serwisowych. Duże otwory dławikowe i powiększona pokrywa ułatwiają wykonanie podłączenia elektrycznego. Budowa przyłącza pozwala na usytuowanie wejść dławikowych w dowolnej pozycji w taki sposób, aby wyeli- Rys. 3. Rodzaje przyłączy elektrycznych KP i KES Rys. 4. Sterownik ACEx.2 odwieszony na uchwycie naściennym [3a], kółko ręczne odsunięte od napędu [3b] 71

3 Nie tylko Ex Napędy ze zintegrowanymi sterownikami typu AUMATIC są wykonywane w tzw. wersji NON-INTRUSIVE. Oznacza to, że wszelkie nastawy: pozycji krańcowych, wartości momentów wyłączających, pozycji pośrednich, sygnałów wyjściowych oraz parametrów (np. pozycjonera) są ustawiane programowo przez lokalny pulpit sterowania bez konieczności ingerencji w napęd, co jest szczególnie istotne w przypadku napędów pracujących w strefie Ex. Dodatkowo komunikacja Bluetooth i program konfiguracyjno-diagnostyczny CDT (Commisioning and Diagnostic Tool) umożliwiają konfigurację napędu. Na napędach armatury spoczywa duża odpowiedzialność za poprawne działanie rozległych instalacji technologicznych, dlatego dobór właściwego rozwiązania konstrukcyjnego, jak również zwiększenie funkcjonalności napędu poprzez funkcje bezpieczeństwa, autodiagnostyki jest bardzo ważny już na etapie przygotowania koncepcji. Napędy armatury były swego czasu prostymi urządzeniami wykonawczymi, które posiadały wewnątrz jedynie krańcówki, czujniki przeciążenia, przekładnie i silnik. Obecnie napędy armatury to urządzenia mechatroniczne łączące ze sobą mechanikę, elektronikę i informatykę. Napędy grupy AUMA oferują szereg rozwiązań podwyższających niezawodność i bezpieczeństwo pracy. Do funkcji tych należą m.in. funkcja EMERGENCY zaimplementowana w sterowniku ACExC.2. Sterownik posiada układ autodiagnostyki kontrolujący pracę napędu: ilość obrotów, moment obrotowy, temperaturę bloku sterowania, silnika, sterownika oraz sprawdzający poprawność działania grzałki antykondensacyjnej, która nie dopuszcza do wytrącenia się kondensatu wewnątrz szczelnej obudowy napędu. Funkcja EMERGENCY może odbierać sygnał z niezależnego wejścia cyfrowego podłączonego do systemu lub automatycznie wykrywać niepoprawną wartość sterującego sygnału analogowego 0/4-20 ma lub błąd komunikacji cyfrowej (np. Profibus DP lub Modbus), realizując przy tym określone zadanie. Programowo ustala się, czy w przypadku wykrycia awarii napęd automatycznie zamknie, otworzy armaturę czy ustawi ją w pozycji bezpiecznej. Kolejnym rozwiązaniem, zapewniającym ciągłość komunikacji z napędem nawet w przypadku braku głównego napięcia zasilania, jest zasilenie elektroniki sterownika z zewnętrznego gwarantowanego źródła napięcia zasilania 24 VDC. Dzięki takiemu rozwiązaniu mimo braku napięcia na silniku komunikacja z napędem jest stale aktywna. Informacje o aktualnym położeniu oraz stanie napędu są nieustannie przekazywane do systemu nadrzędnego. Do koncepcji bezpieczeństwa należą też działania ograniczające oddziaływanie uszkodzenia na ludzi, środowisko i urządzenie. Ogniotrwałe napędy AUMA zachowują swoją zdolność operacyjną również w przypadku pożaru przez 30 minut w temperaturach do 1100 C. Umożliwia to personelowi obsługi właściwe reagowanie na sytuację, na przykład przerwanie dopływu paliwa do ognia przez zamknięcie armatury. Ogniotrwałość jest uzyskiwana dzięki zastosowaniu opatentowanej powłoki K-MASSTM. W razie pożaru powłoka spienia się i pochłania doprowadzoną z zewnątrz energię termiczną ognia. Istnieje możliwość doposażenia w obudowę ognioszczelnych napędów już zamontowanych na obiekcie. Rozległe instalacje w dużych zakładach przemysłowych coraz częściej budowane są w oparciu o komunikację cyfrową ProfibusDP, Modbus RTU lub inne. Rozwiązaniem pozwalającym zwiększyć pewność działania takiej instalacji jest SIMA. Jest to nadrzędna stacja typu master do sprawnej integracji napędów ustawczych z systemem sterowania. Cała komunikacja opiera się na otwartych protokołach fieldbus (rys. 6). Rys. 5. Napęd w obudowie ogniotrwałej Rys. 6. SIMA Master Station 72 Automatic Systems Engineering

4 Rys. 7. Topologia z wykorzystaniem stacji SIMA; 1 SIMA, 1a Hot Standby SIMA, 2 Redundantny pierścień Modbus, 3 komunikacja z systemem sterowania, 4 napędy ustawcze AUMA Rys. 8. Dotykowy interfejs SIMA Dużą zaletą topologii pierścieniowej Modbus jest zintegrowana redundancja. Jeżeli pierścień zostanie przerwany, stacja SIMA traktuje oba segmenty jako dwie niezależne linie, dzięki czemu wszystkie napędy pozostają dostępne. Dodatkowa SIMA w wersji HotStandby stosowana jest opcjonalnie w celu zwiększenia dyspozycyjności. Przejmuje ona zadania sterowania w przypadku awarii głównej stacji. Architektura systemu redundantnego może zwiększać tolerancję defektów sprzętu, a w konsekwencji zwiększać zdolność SIL. Pewność bezpieczeństwa procesowego i funkcjonalnego w napędach grupy AUMA SIL Napędy AUMA są często wykorzystywane w zastosowaniach mających zasadnicze znaczenie dla bezpieczeństwa, a tym samym przyczyniają się do bezpiecznej eksploatacji systemów technicznych. Z tego powodu kwestia bezpieczeństwa funkcjonalnego jest dla nas tak istotna. Widząc taką potrzebę rynku, wdrożyliśmy SIL poziom nienaruszalności bezpieczeństwa w naszych produktach. W celu zapewnienia bezpieczeństwa funkcjonalnego funkcja zabezpieczenia w sytuacji awaryjnej musi gwarantować, że stan instalacji jest utrzymywany lub zostaje przywrócony do bezpiecznego poziomu. Od 1998 r. dostępna jest norma IEC 61508, pierwsza obowiązująca norma międzynarodowa. Norma DIN EN jest następną normą, obowiązującą od 2002 roku. W celu zwiększenia prawdopodobieństwa zadziałania funkcji bezpieczeństwa w sytuacji awaryjnej wykorzystywana jest redundantna architektura systemu. Dwa lub więcej urządzeń systemu związanego z bezpieczeństwem może pracować z uwzględnieniem trybu rezerwowego. Rys. 9. Przykład węzła technologicznego z SIL; 1 sensor, 2 sterownik PLC, 3 napęd armatury, 4 zasuwa 73

5 Nie tylko Ex Rys. 10. System redundantny bezpiecznego otwarcia [1] i zamknięcia [2] W poniższej tabeli podany został poziom nienaruszalności bezpieczeństwa dla napędów AUMA. Tabela 1. Poziomy SIL dla urządzeń grupy AUMA. Poziom nienaruszalności bezpieczeństwa Pomiar dopuszczalnego PFD avg (Średnie prawdopodobieństwo wystąpienia awarii niebezpiecznej w trybie pracy na żądanie systemu ochronnego związanego z bezpieczeństwem) Urządzenie AUMA SIL do < 10-1 SAEx.2 / SQEx.2 + AMExC01.1 SAEx.2 / SQEx.2 + ACExC01.2 SIL do < 10-2 SAEx.2 / SQEx.2 + AMExC01.1 SAEx.2 / SQEx.2 + ACExC wersja SIL GK, GST, GS, GF X-Matic X-MATIC z ProfiSafe SIL do < 10-3 redundantnym SAEx.2 / SQEx.2 + ACExC systemie redundantnym SAEx.2 / SQEx.2 + AMExC w systemie SIL do < 10-4 Obecnie nieosiągalne Mając na uwadze zapotrzebowanie odbiorców dotyczące nowo wdrażanych systemów komunikacji pomiędzy systemem nadrzędnym a urządzeniami wchodzącymi w skład architektury sieci, wprowadziliśmy do naszej oferty protokoły Modbus TPC/IP, ProfiSafe i Hart. Aktualnie produkty GRUPY AUMA przeznaczone do pracy w strefach zagrożenia wybuchem II2G Ex de IIC T4 przystosowane są do następujących sposobów komunikacji z systemem nadrzędnym: 74 Automatic Systems Engineering

6 1. Sterowanie binarne (Klasa A i B wg EN ) (ACExC01.21, X-Matic2) 2. Analogowe (ACExC01.2, X-Matic) a. Sygnał I/O 4 20mA, 0-10V (ACExC01.2, X-Matic) b. (ACExC01.2) 3. Cyfrowe a. Profibus DP: V0, V1, V2 (ACExC01.2, X-Matic) b. Modbus RTU (ACExC01.2, X-Matic) c. Modbus TCP/IP (ACExC01.2) d. Fieldbus Foundation (ACExC01.2) e. DeviceNet (ACExC01.1)) f. ProfiSafe (X-Matic) g. Wireless HART (ACExC01.2) Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom użytkowników, wprowadziliśmy system sterowania WirelessHART Rys. 11. Napęd typu SA + AC do strefy Ex System ten zapewnia bezprzewodową komunikację systemu nadrzędnego z napędami na odległość m zabudowanymi poza budynkami. Napędy pracujące w węzłach umiejscowionych w budynkach komunikują się bez problemu z repeaterami na dystansie m. Obecnie o potencjale i sile GRUPY AUMA stanowi szeroka gama produktów pokrywających całe zapotrzebowanie przemysłu na automatyzację armatury i urządzeń oraz silny zespół inżynierów sprzedaży i serwisu.. Dostarczamy rozwiązania w bardzo szerokim zakresie. Od małych napędów liniowych (2kN) do potężnych napędów niepełnoobrotowych gwarantujących moment obrotowy Nm. Nasze urządzenia przystosowane są do pracy w każdych warunkach atmosferycznych i środowiskowych. Produkty GRUPY AUMA mogą pracować w strefie zagrożenia wybuchem (II2G Ex de IIC T4, II2G Ex d IIC T4) zarówno jako odcinające, jak i regulacyjne. Posiadamy również dopuszczenia do stosowania napędów w przemyśle wydobywczym (IM2 Ex d I, BVS 06 ATEX E 106.) do stref zagrożenia wybuchem metanu. Rys. 12. DREHMO X-Matic Mnogość rozwiązań, funkcji, typów napędów pokazuje, jak obszerny jest temat napędów ustawczych armatury. Zapraszamy wykonawców, projektantów, inwestorów do dialogu technicznego w poszukiwaniu właściwego rozwiązania. Organizowane przez nas szkolenia produktowe oraz eksploatacyjne pozwalają być na bieżąco z najnowszymi rozwiązaniami oraz pozwalają odświeżyć wiedzę nt. użytkowania napędów. 1 ACExC01.2 Zintegrowany sterownik napędów AUMA. Stosowany w serii napędów SAEx07.2-SAEx16.2 oraz SQEx07.2-SQEx X-MATIC Zintegrowany sterownik napędów DREHMO. 75