Komputery panelowe w strefie zagrożonej wybuchem
Schemat działania IHS (ang. Intelligent Heating Solution), czyli system podgrzewania obudowy w niskich temperaturach
Komputery przemysłowe stają się coraz bardziej popularne w zdalnej automatyce procesowej, a warunki w jakich muszą pracować, są znacznie bardziej wymagające niż w przypadku tradycyjnych PC-tów. Najtrudniejszym zadaniem przy projektowaniu takiego komputera jest zapewnienie najwyższej niezawodności w skrajnych warunkach pracy.
Zagwarantowanie niezawodności to spore wyzwanie, ponieważ pierwotnie komputery były projektowane do pracy w sieciach firmowych, gdzie konsekwencje awarii systemu są o wiele mniejsze i nie generują tak dużych kosztów. Dlatego redukowanie przestojów w pracy, które zdarzają się dosyć często w sieciach firmowych, ma pierwszorzędne znaczenie dla komputerów przemysłowych. Aby komputery oraz inny sprzęt mogły pracować nieprzerwanie w trudnych warunkach, wymagane jest odpowiednie zaprojektowanie tych urządzeń. Najtrudniejszym problemem w przypadku komputerów wbudowanych są skrajne temperatury.
Praca w ekstremalnie niskich temperaturach
Producenci z wielu powodów skupiali się na przestrzeni lat przede wszystkim na radzeniu sobie ze skutkami wysokiej temperatury. Zaawansowane systemy, odprowadzające ciepło bez wentylatorów, są dzisiaj stosowane w wielu komputerach klasy przemysłowej, jednak ekstremalnie niskie temperatury są nadal twardym orzechem do zgryzienia dla inżynierów. W temperaturze poniżej 0 °C wydajność takich komponentów, jak dyski twarde oraz wyświetlacze panelowe znacznie się obniża i powoduje awarie lub restartowanie systemu. Wielu producentów tych części w ogóle nie daje gwarancji na pracę w takich temperaturach. Obecnie obserwuje się natomiast duży wzrost zapotrzebowania na urządzenia do pracy w temperaturze znacznie poniżej 0 °C, spowodowany ekspansją przemysłu wydobywczego w coraz bardziej odległych, często zimnych strefach klimatycznych.
Komputery panelowe, używane jako HMI, pełnią coraz bardziej odpowiedzialne funkcje w systemach automatyki, więc niezależnie od temperatury pracy muszą zachować niezawodność. Jednak ogrzewanie zimnego urządzenia jest znacznie trudniejszym zadaniem niż chłodzenie gorącego.
Podstawowym zadaniem inżynieryjnym w przypadku tego wyzwania, jest podniesienie temperatury urządzenia do zakresu, w którym będzie one mogło pracować maksymalnie niezawodnie – czyli do około 0 °C, tj. dolnej granicy temperatury pracy dla większości podzespołów komputerowych. Gdy temperatura spadnie znacznie poniżej 0 °C, większość komputerów zawiesza się i resetuje. Podstawowym rozwiązaniem tego problemu jest stosowanie podgrzewacza elektrycznego do obudowy, który uruchamia się w temperaturze poniżej 0 °C, a więc dodatkowo wymagany jest układ do pomiaru temperatury otoczenia. Dzięki takiemu systemowi temperatura urządzenia jest zawsze utrzymywana na określonym poziomie, nawet gdy w otoczeniu znacznie się ona zmienia. Tego typu system kontroli temperatury został wbudowany w komputer panelowy EXPC-1319 i umożliwia jego pracę w temperaturze od –40 °C do +60 °C.
ATEX – co to jest?
W przeszłości przepisy dotyczące bezpieczeństwa w krajach Unii Europejskiej nie były jednolite, co utrudniało przepływ urządzeń pomiędzy państwami członkowskimi. Powodowało to liczne problemy, związane z zakupem sprzętu zza granicy, szczególnie gdy przepisy dotyczące bezpieczeństwa były w danym kraju bardziej restrykcyjne niż w kraju, z którego dokonywało się zakupu.
Aby ujednolicić przepisy w obrębie Unii Europejskiej dla sprzętu do strefy zagrożonej wybuchem, wprowadzono dyrektywę ATEX 94/9/WE, określającą kryteria, jakie urządzenie musi spełnić, aby pracować w lokalizacjach zagrożonych wybuchem o określonym stopniu zagrożenia. Od lipca 2003 r. jest ona obowiązkowa dla wszystkich organizacji w UE. Dyrektywa ta klasyfikuje urządzenia w grupach oraz kategoriach. Przynależność urządzenia do danej grupy (I lub II) określa rodzaj zagrożenia wybuchem oraz miejsce stosowania.
Co to jest atmosfera wybuchowa?
Atmosfera wybuchowa zdefiniowana jest jako mieszanina powietrza i łatwopalnych substancji, takich jak gazy, opary, kurz i pył, umieszczonych w określonych warunkach atmosferycznych. Gdy nastąpi zapłon, spalanie rozprzestrzenia się w całej jej objętości. Dyrektywa ATEX określa dwie główne grupy miejsc:
- praca w kopalniach oraz naziemnych częściach kopalń zagrożonych wybuchem,
- praca na powierzchni, w obszarach zagrożonych wybuchem gazów, par, mgieł lub pyłów.
W grupie II występują też podgrupy, określające dokładniejszy charakter zagrożenia. ATEX definiuje także typ zagrożenia, czyli tak naprawdę typ atmosfery wybuchowej: G – gazy, ciecze i opary oraz D – łatwopalne pyły. Dla każdej z tych grup wprowadzono dodatkowo oznaczenie częstości występowania danego zagrożenia. Spełnienie tych wysokich wymagań jest wyjątkowo trudne, szczególnie w przypadku komputerów przemysłowych.
Komputer panelowy EXPC-1319
Przemysł wydobywczy wciąż się rozwija, a procesy wydobycia ulegają coraz większej automatyzacji, ale w najbardziej odpowiedzialnych zadaniach nadal ostateczną decyzję podejmuje człowiek. Interfejsy HMI zostały stworzone, aby ułatwić komunikację człowieka z maszyną, czyli w praktyce do odczytu charakterystycznych wielkości i kontroli sterowanego procesu. Ostatnio coraz częściej stosuje się komputery panelowe, które mogą pełnić właśnie funkcję HMI lub funkcje wizualizacyjne, czyli np. SCADA – przedstawiające stan maszyny czy parametry procesu. Komputer Moxa EXPC-1319 został stworzony właśnie do takich aplikacji, czyli może być stosowany wszędzie tam, gdzie panują trudne warunki otoczenia.
Najważniejsze parametry fizyczne komputera EXPC-1319 to wysoka odporność na kurz i wodę, o czym świadczy obudowa o stopniu ochrony IP66 lub – według amerykańskich oznaczeń – NEMA 4X, co odpowiada wypływowi wody wynoszącemu 65 GMP (0,0041 m3/s) z jednocalowej dyszy, oddalonej co najmniej o 10 stóp (3 m) w czasie pięciu minut. Tak wysoka klasa szczelności umożliwia stosowanie tego urządzenia np. na platformach wiertniczych lub w innych aplikacjach przemysłu wydobywczego, a zgodność z dyrektywą ATEX dla strefy II pozwala na instalacje w strefach zagrożonych wybuchem.
Wzmocniona warstwa ochronna wyświetlacza tego komputera jest dużym atutem w warunkach przemysłowych, gdyż chroni go przed zarysowaniami, dzięki czemu urządzenie przez długi czas ma czytelny ekran, nawet przy dużym nasłonecznieniu. Wydajność obliczeniowa tej maszyny sprosta większości aplikacji wykorzystywanych do wizualizacji, a to dzięki procesorowi Intel Atom D525 o częstotliwości taktowania 1,8 GHz. Warto też wspomnieć, że urządzenie nie ma wentylatorów, co korzystnie wpływa na jego niezawodność zarówno w teorii, jak i w praktyce.
Komputer EXPC-1319 to wszechstronne i elastyczne rozwiązanie, świetnie pasujące do aplikacji w przemyśle wydobywczym, a marka Moxa gwarantuje jego najwyższą niezawodność.
Piotr Gocłowski
Elmark Automatyka Sp. z o.o.
ul. Niemcewicza 76
05-075 Warszawa-Wesoła
tel. 22 773 79 37, fax 22 773 79 36
e-mail: elmark@elmark.com.pl
www.elmark.com.pl