Print

Pohled na senzory pro nebezpečná prostředí

-- 19.09.07

Častější využívání a vyvíjející se technologie ve stále menším globálním prostředí mění záběr těchto kritických zařízení pro kontrolu procesů.

Senzory vtrhly do našich životů. Senzory jsou všude, od zařízení v domácnostech, přes automobily, až po automatizační a řídicí systémy, které provozují a monitorují naše průmyslové procesy. Ale stejně jako většina součástek jsou částí většího celku, prvky v systému, který se stává stále složitějším. Použití senzorů v nebezpečných prostředích vyžaduje důkladné porozumění aplikaci a velice pečlivý výběr.

V nebezpečných prostředích je nutno vzít v úvahu tolik proměnných,“ poznamenává Karmjit Sidhu, viceprezident rozvoje obchodu společnosti American Sensor Technologies, „že bezpečné použití senzorů v nich se stává velmi náročným úkolem.“ Art Pietrzyk, bezpečnostní specialista společnosti Rockwell Automation certifikovaný TÜV, dodává: „Rizika sice snižujeme, ale stále zůstávají riziky.“ Co se změnilo, je náš přístup. Sofistikované vybavení a více konzistentní normy jsou cestou k vyšší bezpečnosti.“

Senzory pro nebezpečná prostředí zahrnují řadu zařízení používaných nejrůznějšími způsoby v mnoha aplikacích. Nicméně pro všechny platí několik společných jmenovatelů, především bezpečnostní programy, na základě kterých musí být vybírány a instalovány, a standardy, které pomáhají zajistit jejich bezpečné používání.

Tradiční přístupy

Většina zařízení pracuje bezpečně, pokud je řádně zvolena a použita. Klíčem je znát a rozumět dané aplikaci. Zařízení, které je schváleno pro nebezpečná prostředí v bezpečnostní třídě I, odd. 1, nemusí být vhodné pro prostředí, které obsahuje například toxickou látku. „Jde o nesprávné použití a nepochopení,“ upozorňuje Sidhu, „které způsobuje problémy. Koncový uživatel musí vědět, co vybírá a kde to použije. Musí vědět, co je v dané nádrži a nespoléhat na štítek zvenčí! Vaše aplikace možná nevyžaduje schválené zařízení, ale je rozumné je použít.“

Aby bylo jejich použití bezpečné, musí být senzory používané v nebezpečných prostředích navrženy speciálně pro prostředí, v němž se používají. Obvykle se toho dosahuje třemi základními způsoby: výběrem produktů, které jsou jiskrově bezpečné, použitím výbuchuvzdorných zařízení nebo inertizačních systémů. Protože se aplikace liší, měly by osoby používající senzory v nebezpečných prostředích vzít tuto informaci v úvahu pouze jako jeden zdroj z mnoha a doplnit ji příslušným průzkumem týkajícím se jejich specifické situace.

Senzory označené jako jiskrově bezpečné (intrinsically safe – IS) mají nedostatečnou energii pro vyvolání významného nebezpečí. Testování shody zajišťuje, že zařízení klasifikované jako IS bylo testováno a bylo určeno, kolik energie by spustilo reakci. Zařízení IS obvykle využívají „externí přístroj“, označovaný jako bezpečnostní bariéra, určený pro omezení množství proudu, a tudíž i energie, která v případě jakékoli poruchy může projít obvodem.

Pasivní bariéra využívá ochranné mechanismy, které brání před přepětím a omezují proud. Dojde-li na vedení 4–20 mA ke zkratu, bariéra zabrání vznícení. Avšak i jiskrově bezpečná zařízení musejí být napájena přes bariéru, říká Ed Herceg, vedoucí aplikační technik společnosti Macro Sensors, ale všechny bariéry nejsou stejné. Existuje několik typů. Musíte zvolit bariéru odpovídající parametrům vašeho zařízení, abyste zajistili, že používáte pro dané zařízení správný typ. Jinak nemusíte být chráněni. Nicméně slyšel jsem a věřím tomu, že dosud nedošlo k explozi nebo požáru v nebezpečném prostředí, způsobeném selháním jiskrově bezpečného zařízení.“

V případě nebezpečných prostředí třídy I, odd. 2 se namísto jiskrově bezpečných zařízení někdy používají nezápalná zařízení, vybavení a terénní kabeláž. Senzor může být zabudovaný v nevýbušném krytu, takže v případě zápalu vyztužený kryt nedovolí šíření tlaku nebo ohně. Technologie nevýbušného provedení je dobře zavedena. Při správné instalaci poskytují tato zařízení životaschopnou alternativu v případech, kdy senzor vhodný pro aplikaci není dostupný v jiskrově bezpečném provedení.

Pro ochranu před reakcí senzorů a dalších zařízení s nebezpečným prostředím lze použít také inertizační systémy (purge-and-pressurize systems). Existuje několik variací, ale v zásadě tyto systémy zavádějí nehořlavý (inertní) plyn, jako je dusík nebo oxid uhličitý, do vedení, komponent a zařízení, aby se omezila možnost průniku hořlavého materiálu. Úpravou by byl hermetický systém nedovolující průnik hořlavých materiálů.

V zásadě platí, že „senzor umístěný do nebezpečného prostředí musí mít své elektronické součástky buď v nevýbušném krytu nebo musí být vybaven jiskrově bezpečnou elektronikou,“ říká Les Schaevitz, prezident společnosti Everight Precision. „Často se ukáže jako levnější umístit jiskrově bezpečnou komponentu do atmosféry, než instalovat nevýbušný kryt, i když obě možnosti jsou poměrně nákladné. Odhlédneme- li od nákladů, je často preferován jiskrově bezpečný senzor (s bariérou), protože omezuje možnost vzniku exploze. Mnoho lidí nechce potenciální problémy, i když je zařízení vybaveno nevýbušným krytem.“

Písmenková polévka norem

Uživatelé, hledající senzory pro nebezpečné prostředí, se musejí dívat po zařízeních nesoucích schvalovací značku organizace testující shodu dominující v oblasti působnosti. V Severní Americe senzory určené pro použití v nebezpečném prostředí testují a klasifikují nezávislé testovací laboratoře, například UL (Underwriters Laboratories), FM (Factory Mutual) a CSA (Canadian Standards Association), aby byly shodné s normami, jako je Národní elektrotechnický zákoník Národní asociace požární ochrany (National Fire Protection Association’s National Electrical Code – NFPA 70). Klasifikace NEC, která je známa většině amerických firem, v zásadě dělí nebezpečí do tří typů: výpary a plyny (třída I); prach, například uhelný prach a mouka (třída II) a vlákna (třída III). Oddíly určují míru expozice: přítomná za normálních podmínek (odd. 1) nebo normálně nepřítomná (odd. 2). Další dělení (do skupin) se provádí podle specifických látek (vodík, acetylen atd.).

V Evropě doposud scéně norem dominoval Evropský výbor pro normalizaci v elektrotechnice CENELEC, ale nedávno tuto pozici převzaly směrnice ATEX (Zařízení a ochranné systémy určené pro prostředí s nebezpečím výbuchu). Japonsko má svou vlastní standardizační organizaci a mnoho regionů v Asii má vlastní normy. Vyhlašováním mezinárodních norem se asi nejvíce zabývá Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC – International Electrotechnical Commission). Podle svého vyjádření je zaměřena na „mezinárodní normy a hodnocení shody pro vládní, obchodní a společenské organizace pro veškeré elektrické, elektronické a související technologie.“

Výsledkem je, že ve zmenšující se globální ekonomice je nadbytek norem matoucí při výběru senzorů, jejich použití, návrhu a marketingu. „Součástí problému je,“ vysvětluje Ed Herceg ze společnosti Macro Sensors, „že můžete mít produkty schválené k prodeji v USA a Kanadě, ale nemůžete je nabízet v Evropě nebo Brazílii. Proto vzniká velký tlak na změnu. Lidé, kteří dnes mají schválený produkt, mohou zjistit, že zítra již není v mnoha regionech prodejný, protože se změnily normy.“

„IEC se nejvíce přiblížila vyvinutí globální normy,“ říká Leslie Neill, produktový manažer pro bezpečnostní přepínače a nevýbušné přepínače pro nebezpečná prostředí u společnosti Honeywell Sensing and Control. „I když Evropa ratifikovala směrnice ATEX, které se staly dominantními v posledních několika letech, IEC nabídla v poslední době normu IECEx ve snaze harmonizovat schvalování na celém světě. Řada „deštníků“ pokrývá mnoho oblastí standardizace, ale všechny se překrývají. IECEx se zdá být pokusem dát deštník přes všechny ostatní. Nicméně myslím, že zatím jedinou zemí, která ji přijala jako svou jedinou platnou národní normu je Austrálie.“

Harmonizace

„Legislativní prostředí může být dobře zavedeno a mít po celém světě regionální certifikační systémy,“ dodává Les Schaevitz ze společnosti Everight, „ale musí se přesunout směrem k harmonizaci, protože pokrývaná odvětví mají stále více globální povahu. Věříme, že model ATEX je cestou pro ty, kteří hledají harmonizaci, protože byl vyhlášen za mezinárodní komunitní normu. Rovněž členské země EU, které ATEX vytvořily, mají dlouhodobé ekonomické a kulturní svazky se státy světa, které se snaží o plnější integraci do globální ekonomiky ... a, samozřejmě, nikdo není takový odborník na byrokracii jako Evropané.“

Ačkoli jsou certifikáty UL, FM a CSA obecně považovány za přísnější než ATEX, Evropská unie (EU) nařizuje v současnosti certifikaci ATEX pro produkty a nebude akceptovat žádná jiná schválení. Klasifikace ATEX provádí dělení na zóny (obdobně jako je v USA dělení na třídy a oddělení). Zóna 0 zahrnuje prostředí, kde se vznětlivá koncentrace hořlavých plynů nebo výparů vyskytuje trvale nebo po dlouhou dobu za běžných provozních podmínek, Zóna 1, kde se nebezpečí vyskytuje periodicky a Zóna 2, kde se vyskytuje občas nebo za mimořádných podmínek.“

„V poslední jedné dekádě, možná dvou, se pomalu začal přijímat zónový systém klasifikace,“ poznamenává Tim Adam, vedoucí týmu techniků pro nebezpečné prostory společnosti FM Approvals, člena skupiny FM Global. „Na rozdíl od dvou oddělení zde existují tři zóny. V současné době společnost FM Approvals vydává osvědčení podle zónových požadavků, stejně jako pro severoamerickou klasifikaci na třídy/oddělení.“

Podle Tima Adama nedávné reakce zákazníků odrážejí potřebu globální standardizace s tím, jak výrobci přesunují svůj prodej na mezinárodní trh. „Rozšířili jsme se a vzali jsme to v úvahu,“ říká. „Provádíme schvalování pro USA a Kanadu. Otevřeli jsme také kancelář ve Velké Británii, která vydává osvědčení v rámci směrnic ATEX, takže můžeme schvalovat zařízení určená k prodeji v Evropě. Uvědomujeme si, že rychlé uvádění produktů na trh je pro naše zákazníky velmi důležité a snažíme se naše služby provádět co nejrychleji.“

Panuje obecný názor, že se normy staly variacemi na stejné téma a podporují potřebu celkové globalizace norem. „Některé produkty lze prodávat pouze v Evropě, zatímco UL/CSA by nikdy neschválily jejich používání v Severní Americe, a naopak,“ poukazuje Bob Nickels, ředitel strategického marketingu společnosti Honeywell Sensing and Control. „Máme ATEX verzi a UL/CSA verzi stejného spínače. To se může stát noční můrou u skladových zásob a se získáním všech těchto schválení jsou spojeny významné náklady. Pokud chceme zavést nový produkt, musíme se rozhodnout, kde se bude prodávat,“ pokračuje. „Poté jej projektanti musejí navrhnout v souladu se všemi požadavky. Po dokončení vývoje produktu musí projít schvalovacím procesem pro každé místo, kde se bude prodávat.“

Společnosti dávají přednost harmonizaci norem zejména z tohoto důvodu, tvrdí Nickels. „Fyzická podstata zařízení zůstává stejná. Změny jsou ve způsobu popisu produktu a provádění testování. Pokud se můžeme dohodnout na těchto záležitostech, odpadne potřeba vícenásobného, zbytečného paralelního testování. Jakmile jsou splněny základní požadavky dané fyzickým provedením, dodavatelé by měli mít možnost prodávat tento produkt kdekoli. Do budoucna očekávám, že se průmysl bude dívat na všechny normy globálním způsobem,“ říká.

Změny před námi

Globalizace i harmonizace jsou ovlivněny technologickým pokrokem. Změny u senzorů se dějí spíše v řídicích obvodech než v zařízeních samotných, zdůrazňuje Tim Adam ze společnosti FM Approvals. „Zařízení dokáží mnohem více. Musíme být proto uvážliví. Potřebujeme zajistit, aby tato vylepšení nepřinesla nová rizika.“

Technologie senzorů je zralou technologií, tvrdí Nickels ze společnosti Honeywell. „Funkční principy zůstávají stejné, ale okolní a podpůrné komponenty udělaly krok kupředu. Před třiceti nebo čtyřiceti lety jsme neměli polovodičová zařízení. Každá funkce senzoru byla prováděna nějakým druhem elektromechanického kontaktu. Nyní máme komunikační sítě a systémy přímo navržené pro nebezpečná prostředí. Snížily náklady na systém a umožnily používání většího počtu senzorů v závodu nebo v systému.“

Camilo Aladro, manažer produktového marketingu společnosti Rockwell Automation, slova Nickelse potvrzuje. „Před pětadvaceti lety se přepínací funkce realizovaly hlavně pomocí elektromechanických zařízení. Pro novější inteligentní zařízení na bázi mikroprocesorů byly vyvinuty nové normy, jako je IEC 61508 (Funkční bezpečnost elektrických / elektronických / programovatelných systémů). Protože mikroprocesory pracují s velmi nízkým napětím, jsou téměř jiskrově bezpečné samy o sobě, přinejmenším jejich výpočetní část. A napětí v mikroprocesorech ještě kleslo, z 5 V na 3,3 V nebo 1,8 V.“

Nebezpečí nikdy nezmizí, pokračuje Aladro. „Nebezpečný plyn bude vždy vyžadovat opatrné zacházení. Musíme se zaměřit na způsob, jakým přistupujeme k nebezpečným prostředím a zmírňovat rizika, která zde existují. Dnes již jsou k dispozici inteligentní zařízení, která to dokáží. Senzory jsou navrhovány a přepracovávány tak, aby jejich inteligence dovolovala například kontrolu kalibrace. Výsledkem jsou inteligentní přístroje, která se samy testují a zajišťují svou řádnou funkci.“

Senzory pro nebezpečná prostředí jsou kritickou součásti SIS, uzavírá Pietrzyk ze společnosti Rockwell. „Dnes přijímáme procesní normy, které jsou založeny na funkčnosti, nikoli na předepsaných parametrech. Funkčnostní normy začínají analýzou a hodnocením rizika a určení míry rizika je proto velmi smysluplné. Kromě ochrany lidí je bezpečnost také dobrým obchodem, protože dokud vaše zařízení nevybuchne, můžete zůstat produktivní.“

ce

Jeanine Katzelová je vedoucí redaktorka časopisu
Control Engineering. Můžete ji kontaktovat na
adrese
jkatzel@reedbusiness.com.  

 

 


V čem je rozdíl

Globálně nabízené senzory pro nebezpečná prostředí musejí být schváleny, dimenzovány nebo certifikovány pro použití v regionu, kde se prodávají. Ilustrace ukazují vizuální rozdíly mezi produktem schváleným ULCSA (v tomto případě koncový vypínač Honeywell LSX) a spínačem schváleným podle předpisů ATEX (produkt BX společnosti Honeywell).

Jedná se v podstatě o stejné spínače. Rozdíly jsou v kovové svorce na levé straně zařízení BX, požadované pro umožnění otevření krytu vypínače pouze pomocí speciálního nástroje, a uzemňovacím šroubu požadovaném na horní části spínače pro vizuální identifikaci uzemnění. Na rozdíl od amerických pracovišť, nejsou evropská automaticky uzemněna, neboť nemusejí být připevněna k pevnému ocelovému vedení. Řady BX a LSX nevýbušných koncových spínačů jsou určeny pro aplikace ovládání ventilů v petrochemickém průmyslu a mořských těžebních plošinách v Severní Americe a v Evropě. (Zdroj: Honeywell)

 

 

Uzemňovací šroub u typu spínače ATEX

Nástroj potřebný k uvolnění krytu


  

Tato přístrojová skříň a související senzory řídí obrovský plynový kompresor v nebezpečném prostoru třídy I, odd. 2, říká Doug Rutz, generální ředitel společnosti QComp Technologies, Greenville, WI. Zařízení OEM je určeno pro stlačování několika spalitelných plynů pro nejrůznější použití. Panel z nerezové oceli 316 je vystaven povětrnostním vlivům a chrání jej pouze jednoduchá stříška,“ vysvětluje. „Ve skutečnosti byl určen pro instalaci v Montaně. Vnitřek skříně je vytápěný, ale zvenku teploty mohou klesnout až na -35 °C.“

Panel skříně musí splňovat požadavky normy IP65 (NEMA 4X), neboť přístroje jsou vystaveny větrem hnanému dešti, sněhu a prachu. I když přístroje společnosti Precision Digital jsou klasifikovány jako nezápalné pro použití v prostředí třídy I, odd. 2, rozhraní HMI, které vyžaduje použití zakázkového ocelového krytu z oceli 316, však takto klasifikováno není. Pro zajištění bezpečnosti musí být prostor 2,1 m3 za panelem ochlazován a očišťován stlačeným vzduchem.

„Máme rádi měřicí přístroje, protože jeden model lze nakonfigurovat pro všechny naše potřeby měření. U ukazatele Loop Leader lze změnit měřítko, aniž by bylo nutné jej vyjmout z panelu. Pokud chce zákazník změnit rozsah měřicího přístroje, je to relativně jednoduché provést z čelního panelu. Tentýž měřicí přístroj používáme pro zobrazování tlaku, sání, teploty a proudu motoru.“



Bezpečné senzory v nebezpečném prostředí

Autor: Jeanine Katzelová Control Engineering


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2019
2019-09-05 - 2019-09-06
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie ve farmacii
2019-09-24 - 2019-09-24
Místo: Brno
Moderní technologie v potravinářství
2019-09-25 - 2019-09-25
Místo: Brno
Mezinárodní strojírenský veletrh 2019
2019-10-07 - 2019-10-11
Místo: Výstaviště Brno
MSV TOUR 2019
2019-10-07 - 2019-10-10
Místo: MSV, Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI