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Attuatori elettrici e bus di campo - esperienze applicative

L'impiego degli attuatori intelligenti porta a nuove opportunità, come la
possibilità di offrire indicatori di prestazione più puntuali, sia del processo
sia dei diversi dispositivi installati, contribuendo all' ottimizzazione
anche economica nella gestione degli impianti

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
Workshop al convegno mcT Petrolchimico 2011 Milano

Pubblicato
da Alessia De Giosa
mcT PetrolchimicoSegui aziendaSegui




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Estratto del testo
MCT Petrolchimico 24 Novembre 2011 Attuatori elettrici e bus di
campo: esperienze
applicative 2 Franco Vigentini - Sales Manager Attuatori elettrici ed unità di controllo per la motorizzazione di valvole industriali ''L''integrazione mediante bus di campo, il Protocollo Profibus DP V1: Case History: Nerefco Proms Project.' Gli Attuatori per la motorizzazione di valvole industriali 3 Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project ' Impianti di produzione di energia elettrica
' Reti di teleriscaldamento,
' Impianti petrolchimici,
' Raffinerie e depositi carburanti,
' Oleodotti e gasdotti,
' Impianti siderurgici,
' Impianti di bonifica e irrigazione,
' Acquedotti,
' Impianti di trattamento acque primarie e di depurazione,
' Cantieristica navale (civile e militare),
' Cartiere ' Gli Attuatori per la motorizzazione di valvole industriali 4 Gli Attuatori per la motorizzazione di valvole industriali Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project butterfly valves gate valves globe valves ball and plug valves valv dampers Le Valvole industriali sono fondamentali per l''intercettazione e la regolazione della
movimentazione dei fluidi nelle tubazioni e nelle condotte in genere. Valvole a saracinesca
(a cuneo solido, flessibile o a seggi paralleli)
Valvole a globo o a flusso avviato
Valvola a sfera, a farfalla o a maschio
Valvole a pinza o a membrana
Paratoie (mono o bi-asta)
Serrande (mono o multi-pala)
Pompe dosatrici '. Un processo industriale richiede parecchie decine di
valvole ( a volte centinaia) di diverso tipo e con
caratteristiche di condizioni e di servizio molto differenti
tra loro: 5 Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project Per le valvole di intercettazione e a tasteggio i comandi elementari sono: Apertura
Arresto in posizione intermedia
Chiusura
Raggiungimento di posizione prestabilita in caso di emergenza Per le valvole di regolazione i comandi elementari sono: Comando a impulsi (apertura '' chiusura)
Oppure comando analogico in corrente o in tensione In entrambi i casi i segnali che possono essere richiesti all''attuatore sono: Valvola aperta o valvola chiusa,
Grado di apertura (0-100%), Valvola in moto
disponibilità al comando remoto/automatico
intervento anomalo dei limitatori di coppia, intervento protezione
termostatica, mancanza o inversione di fase Gli Attuatori per la motorizzazione di valvole industriali 6 Gli Attuatori per la motorizzazione di valvole industriali Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project A rmadi di controllo Controls Controls Controls OPEN CLOSE OPEN CLOSE OPEN CLOSE Le tecniche di telecontrollo richiedono quindi che l''attuatore gestisca molteplici
comandi e segnalazioni (I/O: Input/Output) Nel caso più complesso (max numero di I/O),
l''attuatore può richiedere, per i segnali e i
comandi, un collegamento tipo multicavo
parallelo fino ad un max di 16 conduttori
(da min 1 mmq l''uno) Dalle schede di interfaccia I/O del PLC o
del DCS dovranno partire tanti cavi (da 16
conduttori l''uno) quanti sono gli attuatori
installati. In pratica sono centinaia, se non migliaia, i
metri di multicavo che devono essere
previsti, con la relativa posa in opera e con i
relativi collegamenti (in sala controllo e in
campo) 7 Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project Nei primi anni '80, emerse la necessità di sviluppare nuove famiglie di
prodotti e di sistemi che, integrando tecnologie a microprocessori,
permettessero una più agevole e funzionale gestione delle informazioni
che il campo poteva dare. L''idea costitutiva consisteva nell''affrontare
l''analisi e lo studio delle varie necessità di
automazione con una metodologia di sistemica e
multidisciplinare, al fine di ottimizzare il
complesso dei processi gestionali . Furono esperienze che permisero strette collaborazioni interdisciplinari,
trasversali e sinergiche tra le diverse famiglie di produttori e
fondamentalmente, tra produttori ed utilizzatori. Presero quindi forma, fino a tutto il decennio successivo, numerosi gruppi
di lavoro internazionali: Confermando, in definitiva, che livelli di automazione più elevati sono in
grado di qualificare ulteriormente e positivamente l''intero processo. 8 Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Venne individuato inoltre, nei sistemi discreti a logica modulare e distribuita e nella
tecnica a due fili, la soluzione ottimale ai requisiti ed alle problematiche che si
proponevano ai progettisti dei sistemi di controllo. PLC F iel bus m a ster Vantaggi
9 Permette risparmi nella posa dei cavi
9 Risparmi nel minore utilizzo di componenti hardware 9 Istallazione semplice e veloce
9 Considerevoli risparmi nei tempi di messa in esercizio 9 Risparmi in fase di progettazione
9 Risparmi nella gestione della documentazione
9 Facilmente espandibile Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project 9 Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Integrazione Senza bus di campo Collegamento Convenzionale ''Hard Wired':
- Collegamento Punto - Punto
- Un multicavo per ogni dispositivo
- Un cavo per ogni segnale 10 Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project Integrazione con Bus di Campo: - Più dispositivi condividono lo stesso cavo per segnali e comandi - Collegamento seriale ''daisy chain'
- Meno cavi
- Numero inferiore di terminali
- Vie cavi più leggere e più piccole
- Armadi e spazi più contenuti 11 Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Integrazione con bus di campo: non solo risparmi Source: Emerson Process Management (Oil well installation with 64 wells in Alaska) Tutti i segnali sono ''digitalizzati''
Per tutti i dispositivi connessi i dati
vengono trasmessi a mezzo
di un cavo a due fili 12 Possibilità di offrire più puntuali indicatori di prestazione, sia del processo
e che dei diversi dispositivi installati, contribuendo all''ottimizzazione
anche economica nella gestione degli impianti. Inoltre la tecnologia permette più agevolmte l''estensione:
degli automatismi e delle metodologie di controllo
dell''analisi delle funzioni di manutenzione, di prestazione e di diagnostica L''impiego degli attuatori intelligenti, nuove opportunità: Conduzione e Manutenzione:
Applicazione di nuovi strumenti e nuove tecniche
gestionali Miglioramento continuo delle prestazioni delle macchine e degli
impianti Integrazione della responsabilità gestionale della
manutenzione all''interno del processo produttivo Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project 13 Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Informazioni statistiche sul comportamento
dei beni
Informazioni sullo stato dei componenti e
valutazione della loro vita residua
Implementazione metodologie MTTF - MTBF
- MTTR
Diagnosi tecnica precoce
Pianificazione del processo manutentivo
Analisi sistematica del comportamento della
macchina Conduzione e Manutenzione:
Applicazione di nuovi strumenti e nuove tecniche gestionali 'W'Q1P °C, lbsft,ø, ǻ, ', s DCS Diagnosi avanzata dei dispositivi e del sistema basata su
modelli internazionalmente riconosciuti 14 Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Franco Vigentini '' Nerefco Proms Project FF AS-I DN CN IB-S Application Process Production Func tiona lity lo w high PROFIBUS Standard Europeo EN 50 170 (Part 2) NON PROPRIETARIO '' aperto ed Interoperabile Disegnato specificatamente per la comunicazione tra sistemi di automazione con stazioni periferiche decentralizzate e dispositivi di campo Profibus DP (Decentralized Periphelical) Case History: Nerefeco Proms Project 15 Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali NEREFCO: NEtherlands REFining COmpany 16 Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali BP Raffinaderij Rotterdam B.V.:
Il più grande terminal petrolifero d''Europa.
oltre 5,5 Km2 di estensione. Capacità movimentazione di oltre 400.000
barili/giorno, che implicano una capacità di
movimentazione di oltre 5,300m3/hr. Oltre 5.000 navi cisterna anno (con impegno moli >80%)
Oltre 2.200 pipeline (con utilizzo > 90%) Case History: Nerefeco Proms Project 17 Case History: Nerefeco Proms Project Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Il Progetto PROMS '' Profitable Oil Movement System Realizzazione delle infrastrutture per
le nuove vie cavi.
Rifacimento del sistema di controllo e
di sicurezza impianto.
Sostituzione del ''Mosaic Panel'
Westinghouse di controllo degli
attuatori elettrici.
Rifacimento delle sale di controllo. Sostituzione di oltre 1.100 attuatori
elettrici esisitenti This all must be done in a running facility (no STOP) 18 Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Case History: Nerefeco Proms Project Il Progetto PROMS '' Profitable Oil Movement System I prerequisti e le richieste di progetto da soddisfare (sintesi) - This all must be done in a running facility (no STOP) - Response time (the higher uptime can be easily be translated in to cash) - Easy maintenance - Scalable structure - Multi Vendor System - Intervento da effettuare con deposito in esercizio - Tempo di Risposta (la maggior disponibilità può facilemente essere tradotta in denaro). - Manutenzione Predittiva - Struttura Scalabile - Sistema Multivendor & 19 Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Case History: Nerefeco Proms Project I prerequisti e le richieste di progetto da soddisfare (sintesi) & Intervento da effettuare con deposito in esercizio! Il Deposito movimenta oltre 400,000 barrili al giorno. Al valore di 80$ a barile il valore movimentato ogni giorno è di circa 3.2Milioni USD! Il tempo è denaro! E la qualità dei componenti fondamentale (anche per le ''sentinelle' Attuatori)
Tempo di Risposta (la maggior disponibilità può facilemente essere tradotta in denaro). Il prerequisito fondamentale per migliorare la disponibilità dell''impianto era un tempo di
risposta, per 30 attuatori, di almeno 9 secondi. Abbiamo dimostrato nei test di integrazione e confermato in campo un tempo di risposta, per
30 attuatori, di 2 secondi. Manutenzione semplificata e Predittiva Struttura modulare AUMA Comunicazione Aciclica con servizio Profibus DP V1 -> manutenzione predittiva e parametrizzazione in parallelo Struttura Scalabile & Multivendor Profibus! 20 Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Case History: Nerefeco Proms Project Tempo di Risposta ---->Topologia e configurazione della rete I prerequisti e le richieste di progetto da soddisfare (sintesi) Tenendo conto di: Distanze elevate tra i singoli
attuatori; Frequenti operazioni giornaliere; Transfer rate: 187.5 kb/s minimo; Lunghezza max del segmento:
1.000 m. Dorsale in Fibra Ottica 14 Ethernet Profibus Gateway 14 sub-reti (ProfiHubs) ridondate Circa 70 Attuatori Profibus DP V1 ridondante per segmento Master di Classe 2 Stazione di Ingegneria di Manutenzione. & 21 Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Case History: Nerefeco Proms Project I prerequisti e le richieste di progetto da soddisfare (sintesi) Richiesta di manutenzione preventiva e parametrizzazione in
parallelo alle normali operazioni di processo: La consuetudine operativa era (ancora) basata su un regola empirica: L''attuatore deve aprire e chiudere la valvola. Se fallisce, aumenta i torsionali. Se già al massimo, installa (sulla valvola esistente) un attuatore di taglia superiore '.. Alla fine'. ' una metodologia estremamente rischiosa, facilmente l''attuatore può dannegiare la valvola, è una ''tecnica' oggi sicuramente obsoleta ed antieconomica. & 22 Case History: Nerefeco Proms Project Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Valve 1605-AC -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 PROFIBUS DP V1 per Manutenzione preventiva e parametrizzazione in parallelo alle normali operazioni di processo. La Valvola 1605-AC è stata messa in servizio l''11 Ottobre 2007. Al 31 Dicembre 2007 lo stato era:
¾ Tempo complessivo di lavoro : 48 min
¾ Nr.di Avviamenti : 172
¾ nr. di Anomalie di Coppia in Chiusura: 18
¾ nr. di Anomalie di Coppia in Apertura : 45
¾ L''andamento della curva di coppia e dei relativi trend è disponibile graficamente ed è monitorata nel tempo. Ai fini della manutenzione preventiva è molto diverso sapere 23 Ai fini della manutenzione semplificata è fondamentale poter disporre di : Case History: Nerefeco Proms Project Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Dispositivi realizzati con approccio modulare e con un
alto numero di componenti tra loro intercambiabili. Dispositivi che permettono la loro
rimozione dalla rete in modo semplice
garantendo, nello stesso tempo, la
continuità della comunicazione senza
interruzioni. & 24 ' 1,080 Attuatori Antideflagranti ATEX con scheda ridondante Profibus DP-V1; ' 300 Riduttori multigiro Auma GK ' 6,000 pressacavi; ' 40 HUB Profibus DP; ' 8 Ripetitori Profibus DP; ' 34 Unità di alimentazione; ' 14 Gateways Profibus DP / Ethernet; ' 22 Convertitori multimode Ethernet FO; ' 2 Convertitori singlemode Ethernet FO; ' 1 PC di manutenzione. ' 1 Software di Manutenzione AUMA Tool Suite Case History: Nerefeco Proms Project Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali RICAPITOLANDO''. Lo Scopo di Fornitura AUMA 25 Author / Title of the presentation 25 of f tth h th t e e p prr pr p e es s es e e th hor or o or / Tiitt it i le le l o nta tattii ti t on on on o PROFIHUB 2A BACKBONE - CHANNEL A ETHERNET GATEWAY ETHERNET SWITCH PROFIHUB 2B PROFIHUB 1B PROFIHUB 1A PC DI
MANUTENZIONE FCS
YOKOGAWA BACKBONE - CHANNEL B PER SEGMENTO:
* CIRCA 70 ATTUATORI
* MAX. LUNGHEZZA 1000M (187.5KBIT/S)
* ULTIMO ATTUATORE DEL CANALE A E
ULTIMO ATTUATORE DEL CANALE B
SONO DIFFERENTI.
MAX. 125
SLAVES PER
MASTER PROFIHUBS NON
RICHIDEONO INDIRIZZO DI
RETE (TRASPARENTI) T T T T T T T T FO CONV. T T T T FO CONV. Case History: Nerefeco Proms Project RICAPITOLANDO'. Struttura e Topologia: il risultato 26 Case History: Nerefeco Proms Project Franco Vigentini '' Profibus DP per la motorizzazione di valvole industriali Concludendo'. Profibus DP V1 ha permesso: Riduzione dei tempi di configurazione e messa in servizio; Semplificazione e razionalizazione dell''intero processo; Comunicazione e configurazione veloce, anche con un elevato numero di linee di bus e
attuatori in campo; Nessun impatto sul Sistema di Controllo di Processo (NO STOP); Accesso centralizzato a tutti gli attuatori in qualunque momento; Una sola postazione di ingegneria (di manutenzione) per 14 linee PROFIBUS; Visualizzazione ''user-friendly' dei parametri dei dispositivi e dei dati di processo; La realizzazione e l''utilizzo delle metodologie rivolte diagnosi tecnica precoce ed alla
manutenzione semplificata; PROM(e)S(sa) MANTENUTA! &


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