أتمتة العمليات- نظام التوقف الطارئ - Process Automation System - Emergency Shutdown System (ESD)
أتمتة العمليات - نظام التوقف الطارئ Process Automation System - Emergency Shutdown System (ESD)
إن
ESD (نظام الإغلاق في حالات الطوارئ) هو نظام تحكم مستقل تماماً
في حالات الطوارئ يستخدم لإدارة تسلسل بدء وإيقاف محطة أو آلة أو أي عملية إنتاجية خطرة. تتمثل
وظيفة الإغلاق الطارئ في تقليل عواقب الحالات الحرجة من تسرب المواد الكيميائية أو
اندلاع حريق أو فشل أنظمة إدارة الطاقة أو فشل نظام التحكم الرئيسي الخاص بالمنشأة
في معالجة الأمر. يعد نظام التوقف الطارئ أحد أنظمة الأمان الرئيسية في هندسة
المصانع والتطبيقات الصناعية المعقدة.
نظام
التوقف الطارئ هو أيضًا طريقة لمنع استمرار تشغيل العملية التكنولوجية وعزل الإشارات
الواردة إليه وتقليل مخاطر حدوث طارئ غير متوقع بسرعة فهو ليس فقط كباسة الطوارئ
التي ترتبط مع نظام التحكم. يعتبر نظام التوقف الطارئ من المتطلبات الدنيا التي
يجب تنفيذها في جميع مراحل تنفيذ المشروع: التصميم-التنفيذ-الاختبار والتشغيل
ومتطلب أساسي لنظام السلامة. تعتبر وظيفة التكرار Redundancy
ضمن مكونات نظام الطوارئ أساسية من وحدات تغذية ووحدات تحكم
واتصال وموديولات الدخل والخرج. عادة يكون لنظام التوقف الطارئ مكونات مادية
مستقلة تماماً من حساسات ومشغلات ونظام تحكم. التحكم في هذا النظام يتم ضمن حلقات
تحكم مغلقة ومستقلة ومنفصلة عن نظام التحكم الأساسي.
الإجراءات
النموذجية التي ينفذها نظام التوقف الطارئ هي: إيقاف تدفق المواد، إيقاف تشغيل المضخات،
عزل مخزون المواد ومصادر الإشعال، عزل المعدات الكهربائية غير الأساسية، تفعيل
أنظمة الحماية من الحرائق، فتح / إغلاق صمامات العزل، إيقاف المحركات الكهربائية،
البدء في إجراءات تخفيف الضغط وإلغاء تنشيط المصنع.
بمجرد
تفعيل نظام التوقف الطارئ يجب أن تظل جميع العناصر النهائية المستخدمة من حساسات
ومشغلات وعناصر تحكم نشطة لضمان السلامة (الحالة الآمنة).
بشكل
عام يعتمد نظام التوقف الطارئ على PLC (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة) المعتمدة لتطبيقات
السلامة أو DCS
(نظام التحكم الموزع) أو BMS (نظام إدارة المواقد) للعمل في حالة حدوث عطل أو خطأ، مما يضمن
سلامة المنشأة. إن ESD
هو نظام مستقل عن وحدات التحكم المخصصة للتسلسلات التشغيلية للمحطة. قد تشمل عملية
التوقف للمنشأة بأكملها إذا لزم الأمر أو جزء منها مع الحفاظ على بقية المصنع قيد
التشغيل.
يتكون نظام التحكم الطارئ من الحساسات والمشغلات وصمامات التوقف والريليهات وشاشات المراقبة ونظام التحكم المستقل logic solver الذي يستقبل إشارات الدخل من الحساسات الحقلية ويعطي أوامر للخرج انطلاقاً مخطط السبب والنتيجة cause and effect type analysis والذي يُدرس بدقة لحماية المنشأة. كما في الشكل التالي قان النظام الآمن له تجهيزاته الحقلية الخاصة ونظام التحكم الخاص والمشغلات الحقلية الخاصة.
يعمل
المتحكم الأساسي على التحكم بصمام التحكم الذي تتغير حالته بين 0-100% حسب القيمة المرسلة من
المتحكم الأساسي بالاعتماد على قيمة الضغط التي يستقبلها المتحكم من حساس الضغط
الحقلي المضاعف. أما نظام التوقف الطارئ فإنه يستقبل إشارات الدخل من إشارات الضغط
الحقلية الآمنة SIS عن طريق موديولات الدخل
الآمنة SIS ويتم
معالجتها عن طريق المتحكمات الآمنة المضاعفة وبالاعتماد على مخطط Cause
& Effect Diagram يتم إرسال قيمة الخرج عن
طريق موديول الخرج الآمن إلى صمامات التوقف الآمن والتي تملك وضعيتين فقط open/close مفتوح تماماً أو مغلق تماماً.
عند
انتهاء حالة الطوارئ والعودة إلى حالة العمل الطبيعية يجب أن يتم إعادة ضبط
بارامترات التحكم ووضعية صمامات التوقف بشكل يدوي وكل ما يتعلق بالتشغيل المنطقي
للمنشأة.
تسمى التجهيزات الحقلية المستقلة الخاصة بنظام التوقف الطارئ بـنظام التجهيزات الآمن Safety SIS Instrumented Systems، يتم تحليل قراءات هذه التجهيزات من قبل نظام التحكم حيث يعمل على ضبط قيم حدية من هذه القراءات لتحديد مستويين من الإنذار، الأول وهو خط الدفاع الأول عبارة عن إنذار ALARM صوتي أو مرئي لتحذير المشغلين أنه تم الوصول إلى قيمة محددة تستدعي اتخاذ إجراء مناسب لحل هذه المشكلة والمستوى الثاني هو مستوى الفشل Trip وهو خط الدفاع الثاني يتم عنده اتخاذ إجراء تحكمي محدد (إطفاء-إغلاق-فصل...). يتم عادة اختبار نظام التوقف الطارئ ونظام التجهيزات الآمن بشكل دوري للتأكد من جاهزيته ودخوله في الخدمة.
في الحالات القصوى وضمن بعض المنشآت الحرجة يمكن
استخدام نظام تجهيزات آمن SIS
Safety
Instrumented Systems ثانٍ أو ثالث أو رابع وذلك
لضمان الحماية بحدودها القصوى، حيث يتم استخدام تجهيزه واحدة أو اثنتين أو ثلاثة
أو أربعة أو خمسة حتى لقياس نفس المقدار وذلك لضمان حماية تصل إلى 100% قدر الإمكان، وذلك يعطي
مؤشر وثيق على أن الإشارة الواردة من التجهيزات هي إشارة ناتجة عن خطأ قياس
بالحساس أو مشكلة في سلك التوصيل أو تعبر عن فشل النظام ككل وذلك بالاعتماد على
القراءات المتطابقة من الحساسات التي تقيس نفس متغير القياس.
فإذا كان لدى نظام SIS ثلاثة تجهيزات لقياس أحد المتغيرات ووردت إشارة إنذار أو فشل من
اثنين أو أكثر من هذه الحساسات فان نظام التحكم الخاص بالتوقف الطارئ يعتبر أن هذه
القراءات عبارة عن قراءة حقيقية ويجب اتخاذ الجراء التحكمي المناسب. أما إذا وردت
إشارة الفشل من تجهيزه واحدة فقط من ثلاثة تجهيزات فيتم تجاهلها واعتبارها قيمة
عشوائية وهذا ما يسمى (2OO3)
two-out-of-three
logic.
يوجد أيضاً مستوى أمان 1OO2
أو 3OO5 اعتماداً على عدد التجهيزات الاحتياطية
الإضافية المستخدمة.
تملك المشغلات الحقلية في بنيتها أيضاً خيار إضافي
لزيادة الأمان في حال الفشل وهي تحديد وضعيتها في حال انقطاع التغذية الكهربائية
عنها فتتجه إما إلى الإغلاق Fail to close FCأو
إلى الفتح Fail to open FO.
تكون عادة التجهيزات المستخدمة ضمن نظام SIS مختلفة (مبدأ قياس مختلف ومن شركة مختلفة) وتقيس الوصول إلى نقطة
محددة SWITCH من متغير القياس بخلاف تلك المستخدمة في
نظام التحكم بالعملية التي تستخدم تجهيزات لقياس التغيرات اللحظية لمتغير القياس
وذلك لضمان وثوقية إضافية في عملية القياس.
كمثال على استخدام أكثر من مشغل حقلي هو استخدام
صمامات طوارئ على التسلسل لإيقاف تدفق مادة معينة بشكل فوري وطارئ كما في الشكل
التالي:
حيث تم
استخدام صمامي توقف بمبدأ تشغيل مختلف، فالأول يعمل بشكل كهربائي أما الثاني يحوي
مشغل هوائي، ففي حال الحاجة إلى التوقف الطارئ تصل إشارة أمر الإغلاق من نظام
التحكم الطارئ إلى الصمامين من أجل الإغلاق لذلك في حال فشل أحدهما يكون الآخر قد
نفذ الأمر وهذا ما نرمز له بالرمز (1OO2)،
ولكن إذا أردنا العودة إلى العمل واستمرار التدفق ضمن هذا الخط فإنه يجب على
الصمامين أن يكونوا بحالة فتح وهذا يرمز له بـ(2OO2) أي يجب على الصمامين أن يعودوا إلى حالتهم الطبيعية (فتح)
لاستمرار العمل الصحيح، كما في الشكل التالي:
ضمن
نظام التوقف الطارئ يجب أن يملك أيضاً نظام التحكم مكونات مضاعفة آمنة SIS
controllers وتكون هذه المكونات ذات
مواصفات مختلفة بمكوناتها المادية أو البرمجية عن المكونات الأساسية المستخدمة ضمن
نظام التحكم بالعمليات الأساسي. من المكونات المادية الأساسية هي امتلاك المتحكم
لمعالجات داخلية تفرعية تعمل على معالجة وضمان تنفيذ المعلومات بدقة. يستقبل
المتحكم إشارات دخل من مداخل نوع SIS ويرسل إشارات الخرج الى مشغلات نوع SIS. عند تصميم نظامSIS معياري ومعتمد يجب الأخذ بعين الاعتبار مجموعة من النقاط مثل عدم
السماح بإجراء أي تغيير على البرنامج المنطقي أثناء عملية التشغيل ويجب عدم
استبدال أي مكون من مكونات نظام SIS-إذا لزم الأمر-أثناء عملية التشغيل أيضاً. يعمل نظامSIS عند تنفيذه بشكل صحيح على الحد بشكل كبير من المخاطر المحتملة.
المثال التالي يبين نظام تحكم طارئ ESD
System يحوي متحكمات مضاعفة (عدد 2) Redundant
CPU يكون الأول بحالة عمل(Duty) والثاني (Standby) ترتبط مع ثلاثة وحدات
دخل وخرج طرفية عن طريق شبكة اتصال مضاعفةRedundant
Industrial Network. يرتبط مع وحدات الدخل والخرج ثلاثة تجهيزات
حقلية لقياس الضغط PT يتم
قراءة كل قيمة من خلال وحدة دخل مختلفة(2OO3)،
وجهازين حقليين مضاعفين لقياس التدفق FT
يتم قراءة كل قيمة أيضاً من خلال وحدة دخل مختلفة (1OO2) ومفتاح مستوى LSوحيد
يتصل مع وحدة دخل وحيدة.
المثال
التالي أيضاً يبين شبكة الربط بين نظام التحكم
الطارئ SCS ونظام التحكم بالعمليات FCS، وحاسب المهندسين الخاص بكلاً منهما ADS
ومحطة المشغلين HIS
وسيرفر إدارة الموارد للمحطة PRM
تعليقات
إرسال تعليق