WAGO I/O system
Bezpieczna kontrola procesu cynkowania

Cynk jest substancją, która zapewnia długi czas użytkowania, chroni stal przed korozją. Elementy cynkowane nie rdzewieją. A pierwiastki cynku i żelaza tworzą nierozdzielny związek – stop żelazo-cynk. Podczas tworzenia stopu występują wysokie temperatury w atmosferze gazów toksycznych i potencjalnie wybuchowych. Dlatego tak istotna jest bezpieczna kontrola tego procesu. Jego realizację trzeba wciąż udoskonalać, a to jest zadaniem symulatorów zanurzeniowych Surtec Research. Firma Falk Steuersysteme GmbH stosuje w nich kompaktowy, wysoce zintegrowany WAGO I/O System 750.

Cynkowanie ogniowe nie jest niczym nowym. Pierwsze procedury cynkowania w skali przemysłowej sięgają połowy XIX wieku. Ponad 150 lat później wciąż warto ulepszać tę sprawdzoną metodę. W przemyśle motoryzacyjnym stosuje się dziś blachę stalową, która dzięki większej wytrzymałości może być coraz cieńsza. Równocześnie rosną wymagania w zakresie ochrony antykorozyjnej. Nowoczesne stale samochodowe, ze względu na dużą różnorodność i właściwości składników stopów, należy cynkować tylko w bardzo określonych warunkach", wyjaśnia Björn Beißner, kierownik projektu w firmie Falk. Jest to problem, którego rozwiązanie na dużą skalę oznacza przetestowanie w warunkach laboratoryjnych nowych stopów, atmosfer gazowych, krzywych temperaturowych i całych procesów. Firma Surtec Research z siedzibą w Düsseldorfie buduje symulatory wyżarzania i topienia (www.surtec-research.com), dla których firma Falk Steuersysteme GmbH z Stadthagen w Dolnej Saksonii zaprojektowała i zaprogramowała cały system automatyki. Głównym wyzwaniem jest przeniesienie procesu cynkowania do procesu zanurzeniowego w taki sposób, aby wyniki laboratoryjne można było później jeden do jeden przenieść do produkcji.

Dzięki WAGO I/O System zbieramy wszystkie dane, które dostarczają nam czujniki, przełączniki i elementy wykonawcze.

Björn Beißner, kierownik projektu w firmie Falk

WAGO jako centralna sieć połączeń

Przykładem są tu aktualne pomiary ciśnienia i temperatury w różnych obszarach symulatora zanurzeniowego.

W symulatorze zanurzeniowym WAGO I/O System tworzy sieć komunikacyjną, która na niewielkiej przestrzeni pełni funkcję centralnego węzła przetwarzania sygnałów – także w zakresie bezpieczeństwa funkcjonalnego w strefie ATEX. Do sterowania procesem firma Falk wykorzystuje sterownik PLC „Siemens Failsafe" z serii S7-1500 – między innymi do sterowania napędami, a przede wszystkim do techniki bezpieczeństwa. Jako drugą jednostkę sterującą Falk stosuje wydajny komputer przemysłowy, realizujący wszystkie zadania nadrzędne. Należą do nich sekwencje testowe i zarządzanie wartościami pomiarowymi z częstotliwością próbkowania wynoszącą 10 milisekund.

Symulator zanurzeniowy pracuje stale w wysokich temperaturach podczas wyżarzania próbek metalu, a następnie zanurzania detalu w ciekłym stopie cynku. Faza wyżarzania ma decydujące znaczenie przy cynkowaniu, ponieważ na powierzchni stali powstaje ściśle zdefiniowana warstwa tlenków.

Beißner: „Aby powłoka była wytrzymała, konieczne jest najpierw precyzyjne wstępne utlenienie powierzchni materiału". W hermetycznie zamkniętych komorach wyżarzania i powlekania istotne są nie tylko temperatura i czas oddziaływania, ale również skład zawartych w nich gazów. Obecność silnie wybuchowego wodoru lub reaktywnego i toksycznego tlenku węgla potwierdza ogromne znaczenie ochrony przeciwwybuchowej i techniki bezpieczeństwa w takich instalacjach. Właśnie tu firma Falk Steuersysteme stawia na bogatą paletę rozwiązań WAGO I/O System 750. Nie ma tu miejsca na błędy w obsłudze, ze względu na duży potencjał zagrożeń. Nie może się także zdarzyć, aby nieprawidłowe działanie lub wadliwe komponenty powodowały uszkodzenia sprzętu laboratoryjnego. Środki zastosowane w systemie są tak daleko idące, że nawet połączenia śrubowe między tyglem z ciekłym cynkiem a znajdującym się nad nim piecem indukcyjnym są chronione przed nieautoryzowanym dostępem przez elektronicznie zabezpieczoną pokrywę.

Safety i Ex jako jednostka funkcjonalna

„Przełączniki ciśnieniowe monitorują nadciśnienie w kąpieli topiącej. W ten sposób dbamy o to, aby tlen nie dostał się do systemu" – wyjaśnia kierownik projektu Beßner. „System działa pod stałym nadciśnieniem" – wiadomo, że sama technologia bezpieczeństwa w symulatorze zanurzenia w gorącym stopie nie wystarczy. Nic dziwnego, że komponenty odporne na awarie są instalowane także w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. "Wymagania naszych klientów w zakresie ochrony przeciwwybuchowej wzrosły, aż do całkowitego zniwelowania ryzyka" – mówi Beßner.

W przeszłości firma Falk Steuerungssysteme stosowała klasyczne złączki rozłączalne. Teraz stosuje kombinowane złączki Ex i WAGO do systemów bezpieczeństwa, zajmują one niewiele miejsca i są, jak mówi Beißner, „bardziej kompaktowe niż inne rozwiązania". Oprzewodowanie jest zredukowane, co przynosi realne korzyści, zwłaszcza w przypadku szaf sterowniczych, poruszających się na prowadnicach". Szafy sterownicze podlegają tutaj ścisłym ograniczeniom wysokości. Dlaczego jest to tak ważne? W hermetycznie zamkniętych tyglach znajdują się prowadnice służące do wymiany kąpieli topiących, te prowadnice muszą zmieścić się pod symulatorem.

[...] bardziej kompaktowe niż inne rozwiązania – poza tym oprzewodowanie jest zredukowane, co przynosi realne korzyści, zwłaszcza w przypadku szaf sterowniczych, poruszających się na prowadnicach".

Björn Beißner, kierownik projektu w firmie Falk

Chodzi tu przede wszystkim o iskrobezpieczny moduł wejść PROFIsafe (750-663), który zapewnia dopływ powietrza do szafy sterowniczej. Zaprojektowany do systemów bezpieczeństwa iskrobezpieczny moduł powstał z myślą o bezpiecznym odczytywaniu wartości z bezpotencjałowych wyłączników bezpieczeństwa ze stykami kontrolnymi, włączników drzwi bezpieczeństwa, przełączników trybów pracy oraz bezpiecznych czujników umieszczonych w atmosferze wybuchowej stref 0, 1 i 2. W ten sposób WAGO łączy żółty świat safety z niebieskim światem ochrony Ex. Iskrobezpieczne zasilanie potencjałem z serii 750-606 jest elementem łączącym w systemie I/O urządzenia nie Ex oraz Ex. Komunikację PROFINET między PLC i IPC zapewniają interfejsy sieciowe 750-375. Tworzą one stację bazową dla wszystkich danych, zbierają dane istotne dla bezpieczeństwa, a także sygnały Ex, a następnie przesyłają je w pakiecie do CPU Failsafe lub IPC.

Iskrobezpieczne moduły wejściowe, takie jak 750-663, są uważane przez firmę Falk za niezbędne do zapewnienia nieprzerwanej komunikacji systemu z WAGO I/O System. Przykład zaworu suwakowego pokazuje, dlaczego konieczne jest stosowanie kombinowanych zacisków Failsafe Ex i. Służy on do całkowitego uszczelnienia komory żarzenia od strony płynnego metalu i działa jako śluza. Otwiera się dopiero wtedy, gdy obie komory są szczelnie zamknięte. Dopiero po całkowitym otwarciu próbka metalu może trafić do kąpieli zanurzeniowej. „Jak widać, proces ten ma krytyczne znaczenie dla bezpieczeństwa", wyjaśnia Björn Beißner. Jeśli nie będzie on bezpieczny, może się zdarzyć, że łatwopalne, wybuchowe lub toksyczne gazy przedostaną się do pomieszczenia. Dlatego w tej grze liczą się Failsafe oraz Ex i. Firma Falk opracowała tę fundamentalną koncepcję w ścisłej współpracy z TÜV. „Dzisiaj, dzięki bezpiecznym zaworom zasilającym dla gazów reaktywnych, możemy być pewni, że po ich otwarciu do systemu nie dostaną się żadne wybuchowe lub toksyczne gazy". Zawory są sterowane przez niezawodne, bezpieczne wyjścia z systemu WAGO.

Podsumowanie

Co zrobić, gdy w obszarze Ex zaistnieje potrzeba zastosowania systemów bezpieczeństwa? A gdy przestrzeń w szafie sterowniczej okazuje się ograniczona, pojawia się kolejna potrzeba, znalezienia kompaktowego, zintegrowanego rozwiązania. WAGO I/O System 750 oferuje w tym zakresie rozwiązania zarówno standaryzowane, jak i elastycznie konfigurowalne. Dzięki temu nawet tak skomplikowany system automatyki, jak ten w symulatorze zanurzeniowym, może być realizowany w sposób oszczędny i zajmujący niewiele miejsca.

Przegląd produktów

moduł wejść dwustanowych 4-kanałowy iskrobezpieczny; 24 V DC; PROFIsafe V 2.0 iPar

Nr kat.: 750-663/000-003

moduł wejść dwustanowych 4-kanałowy iskrobezpieczny ; 24 V DC ; PROFIsafe V 2.0 ...

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/4 kanałowy; 24 V DC; 2 A; PROFIsafe V 2.0 iPar

Nr kat.: 750-667/000-003

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/4 kanałowy ; 24 V DC ; 2 A ; ...

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/2 kanałowy; 24 V DC; 10 A; PROFIsafe V 2.0 iPar

Nr kat.: 750-666/000-003

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/2 kanałowy ; 24 V DC ; 10 A ; ...

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/2 kanałowy; 24 V DC; 10 A; PROFIsafe V 2.0 iPar

Nr kat.: 753-666/000-003

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/2 kanałowy ; 24 V DC ; 10 A ; ...

moduł wejść dwustanowych bezpiecznych 8-kanałowy; 24 V DC; PROFIsafe V 2.0 iPar

Nr kat.: 753-662/000-003

moduł wejść dwustanowych bezpiecznych 8-kanałowy ; 24 V DC ; PROFIsafe V 2.0 iPar

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/4 kanałowy; 24 V DC; 0,5 A; PROFIsafe

Nr kat.: 750-665/000-001

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/4 kanałowy ; 24 V DC ; 0,5 A ; ...

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/4 kanałowy; 24 V DC; 2 A; PROFIsafe V 2.0 iPar

Nr kat.: 753-667/000-003

moduł wejść/wyjść dwustanowych bezpiecznych, 4/4 kanałowy ; 24 V DC ; 2 A ; ...