Firma Solvay w Rheinbergu, Niemcy
Bezproblemowa transmisja danych
Bezproblemowa wymiana dzięki kompaktowej technologii INTERFACE Ex
Moduły INTERFACE zapewniają bezpieczną i bezzakłóceniową transmisją sygnałów pomiędzy rejonem eksploatacji a poziomem sterowania.
Aby zapewnić bezpieczeństwo i prawidłowe działanie instalacji w atmosferze zagrożonej wybuchem, obwody sygnałowe zaprojektowano jako iskrobezpieczne.
Modernizacja instalacji w zakładach Solvay w Rheinbergu pokazuje, jakie inne wymagania powinna spełniać nowoczesna technologia interfejsów sygnałów.
Modyfikacja i modernizacja instalacji do produkcji sody i gliceryny
Grupa Solvay w Niemczech jest częścią międzynarodowej spółki chemiczno-farmaceutycznej Solvay SA z siedzibą w Brukseli. W 2001 roku roczne obroty spółki zatrudniającej około 31600 pracowników w 50 krajach osiągnęły 8,7 miliarda euro. Zakłady Solvay w Rheinbergu produkują substancje chemiczne takie jak: soda, gliceryna i tworzywa sztuczne, w tym PCW, polimery specjalne i poliolefiny jako produkty podstawowe.
Strategią korporacji jest uzyskanie długotrwałego wzrostu, między innymi drogą wielkich nakładów inwestycyjnych w instalacje produkcyjne. Nowoczesna i efektywna technologia sterowania procesami z wygodną komunikacją odgrywa istotną rolę we wzroście, wydajności i optymalizacji jakości systemów sterowania procesami.
Tylko w instalacji sody system sterowania musi przetworzyć 1500 sygnałów wejść analogowych (AI), 600 wyjść analogowych (AO), 1000 wejść cyfrowych (DI) i 500 wyjść cyfrowych (DO). Sygnały z rejonu eksploatacji w obu instalacjach są kierowane głównym, 60-żyłowym kablem do odpowiedniego pomieszczenia rozdzielczego i aparaturowni, a następnie w rejonie rozdzielni, rozdzielane są w panelu rozdzielczym. Stąd sygnały są kierowane do szaf systemu sterowania w tym samym pomieszczeniu. Układ instalacji produkcyjnej podczas modernizacji nie był modyfikowany.
Stary system sterowania w obu instalacjach miał budowę 19-calową, w której karty wejść/wyjść były od siebie odizolowane galwanicznie, a wejścia i wyjścia opcjonalnie mogły być iskrobezpieczne.
Natomiast nowy system sterowania procesami oparty jest na technologii do montażu na szynie DIN. System ten komunikuje się z poziomem wizualizacji i archiwizacji i dalszymi poziomami sterowania za pośrednictwem systemów magistralnych. Sygnały z pola są teraz przyporządkowane do szafy systemu sterowania.
Modyfikacji, dokonywano podczas normalnej pracy systemu bez jego zatrzymywania, podczas której przenoszono po kolei obwody sygnałowe do nowych szafek sterowniczych.
Separacja galwaniczna sygnałów analogowych
Ważnym warunkiem optymalnego sterowania procesem jest bezpieczna i niezakłócona transmisja zmiennych pomiarowych, jak np. temperatura, ciśnienie, przepływ lub wskaźnik pH, które są przekształcane na znormalizowane sygnały analogowe.
Izolacja galwaniczna, czyli odseparowanie obwodów elektrycznych odgrywa istotną rolę w eliminowaniu zakłóceń takich jak: pętla uziemienia, sprzężenia indukcyjne czy pojemnościowe, zwłaszcza w systemach o dużej złożoności. Dlatego dział ds. automatyzacji włączył do specyfikacji technicznej wymóg trójdrożnej separacji sygnałów analogowych.
Szerokość konstrukcyjna nie jest jedynym ważnym kryterium
Wszystkie wejścia/wyjścia analogowe zostały odseparowane galwanicznie i dlatego decydujące znaczenie miała szerokość konstrukcyjna modułów.
Aby zredukować różnorodność typów i zminimalizować koszty magazynowania, wybrano technologię INTERFACE, która może być użyta zarówno w niezagrożonej wybuchem instalacji do produkcji sody jak i w instalacji do produkcji gliceryny, gdzie w procesie produkcji występuje atmosfera zagrożenia wybuchem, strefa 1.
Ponadto zastosowano technologię VARIOFACE, aby można było podłączyć stacje wejść/wyjść przy użyciu gotowych kabli systemowych.
Niezależne okablowanie
Zastosowane płyty główne PI-Ex-MB 16 oraz PI-MB 16 mają długość 224 mm, co pozwoliło na zainstalowanie dokładnie trzech takich 16-kanałowych płyt głównych na każdej szynie DIN, z tyłu odchylanej ramy. Inne koncepcje systemu INTERFACE zajmowałyby o około 30% więcej miejsca i uniemożliwiłyby takie rozwiązanie.
Konstrukcja płyt głównych PI daje użytkownikowi dodatkowe korzyści. Separatory są zabezpiecznone w montowanej na szynie DIN panelowej podstawie montażowej, co ułatwia montaż. Dodatkowe bezpieczeństwo zapewnia redundantny zasilacz z odsprzężonym od diody zestykiem do sygnalizacji błędów.
Niezależne okablowanie, podstawowa zasada interfejsów procesowych, posiada dodatkową zaletę- punkty zaciskowe dla okablowania z pola znajdują się bezpośrednio na płycie głównej.
W szafie sterowniczej zamontowano najpierw puste płyty główne, a następnie bezpośrednio podłączno okablowanie do złączy zaciskowych płyty głównej. Moduły wetknięto (natychmiast lub później), przy czym są one automatycznie kodowane i umożliwiają, dzięki mechanizmowi zatrzaskowemu, pozbawiony wibracji styk z płytą główną (styki pozłacane).
W aplikacji tej 15% slotów pozostało pustych dla przyszłych rozszerzeń. Dlatego przy rozbudowie systemu dochodzą tylko koszty separatorów. Maksymalnie wysokie parametry ochrony przeciwwybuchowej powodują, że separatory PI są kompatybilne z wszystkimi powszechnie stosowanymi urządzeniami z rejonu eksploatacji.
Tylko trzy typy modułów wystarczyły do przetwarzenia wszystkich sygnałów analogowych występujących w obu instalacjach: separator zasilania przetworników pomiarowych PI-Ex-RPSS, do dwuprzewodowych przetworników różnych producentów, do pomiaru przepływu, gęstości gazów, temperatury i wskaźnika pH. Separator wejściowy PI-Ex- AIS do indukcyjnych przetworników przepływu zasilanych iskrobezpiecznie (Ex-e) z rejonu eksploatacji. Wszystkie analogowe zawory sterujące są sterowane za pośrednictwem separatora wyjściowego PI-Ex-IDS.
Dzięki nowatorskiej technice oprzewodowania separatory Ex o szerokości 12,4 mm wyróżniają się dokładnym przetwarzaniem sygnału (błąd liniowości < 0,1%) i niską stratą mocy (separator zasilania: maks.: 1,3 W). Wejścia, wyjścia i zasilanie są od siebie odizolowane galwanicznie.
Wszystkie stosowane separatory przesyłają sygnał HART dwukierunkowo. Używany jest on do parametryzacji i diagnostyki urządzeń. Separatory PI Ex posiadają dopuszczenia do pracy z urządzeniami iskrobezpiecznymi ze strefy 0 zgodnie z dyrektywą ATEX.
Podsumowanie
W zakładach Solvay interfejsy procesowe firmy Phoenix Contact pomagają skutecznie zwiększyć wydajność instalacji przy użyciu nowoczesnej technologii sterowania procesami.