سامانه F&G چیست؟
فهرست مطالب
مقدمه
سامانه آتش و گاز یا به اصطلاح Fire & Gas(F&G) تاسیساتی را شامل میشود که جهت مراقبت از کارخانجات صنعتی به کار گرفته میشوند. ضرورت وجودی این تجهیزات علاوه بر جنبه حفاظت جانی کارمندان و کارگران مشغول به کار در صنایع و دارائیهای سرمایه گذاران بوده و رقابت در بازار امروز باعث شده تا نگهداری و حفاظت تجهیزات تولید در کارخانجات صنعتی بالاترین نگرانی کارخانه داران گردیده و آنها سعی کنند تا با استفاده از لوازم الکترونیکی مطمئن درجه حفاظت را تا میتوانند بالا ببرند و از موعدهای تحویل عقب نمانند و به هیچ وجه محصول را از دست ندهند.
از این گذشته وجود تجهیزات مراقبتی در میزان نرخ حق بیمه ای که شرکت های بیمه گزار از کارخانجات مطالبه مینمایند بمیزان زیادی به کارائی این تجهیزات وابسته است. لذا سهامداران کارخانجات از هزینه کردن در این خصوص ابائی ندارند.
تجهیزات آتش و گاز Fire & Gas در صنایع اکتشاف نفت دریائی offshore petroleum exploration تاسیسات نفت و گاز در خشکی onshore oil and gas facilities پالایشگاهها وکارخانجات پتروشیمی refineries and chemical plants عملیات دریائی marine operations مخازن نگهداری و ترمینالها tank farms and terminals خطوط لوله pipelines نیروگاههای برق power plants معادن و کارخانجات کاغذ mining and paper mills به کار گرفته میشوند
یک سامانه F&G کار مراقبت دائم و نمایش وضعیت غیر عادی مثل آتش سوزی ، نشت گاز قابل انفجار یا گاز سمی در کارخانه را در اسرع وقت گزارش نموده و دستورات لازم به منظور جلوگیری از حادثه را صادر می نماید. با توجه به پیشرفت روز افزون در تکنولوژی ساخت تجهیزات آشکارسازی سریع مولفه های تولید شده توسط آتش مثل دود و حرارت و سنسورهای هوشمند گاز سامانه های F&G بسیار کارآمد شده اند.
فصل اول
زمینه گرایش
بصورت کلی تجهیزات تولید و کارخانجات تولیدی دارای ماهیت خطر پذیری هستند. برای مثال یک تاسیسات شیمیائی بطور عادی وابسته به مواد اولیه ای که مصرف می کند و درجه سمی بودن این مواد و واکنش پذیری آن به انرژی آزاد شده در دما و فشار بالا دارای پتانسیل ریسک است. مطابق استغانداردهای جهانی بکارگیری سامانه ایمنی در لایه های مختلف تعریف میشود که شامل لایه آغازین طراحی کارخانه ، لایه کنترل تولید ، دستورالعمل های کار ، سیستم آلارم و سیستمهای خفاظت مکانیکی میشوند.
سامانه های ایمنی قطع اتوماتیک The safety shutdown system یکی دیکر از لایه های حفاظتی است که قبل و بعد از حادثه وارد عمل شده و واکنش لازم را وابسته به گزارش رسیده انجام میدهد.
بصورت عادی یک سامانه آتش و گاز F&G شامل آشکارساز ، کنترل منطق و اخطار logic control و عملکرد کاهش خطر است واحد راه حل منطق Logic solver در واقع کنترل مرکزی سامانه است. مرکز کنترل اخطارهای دیجیتال یا مقادیر آنالوگ دریافتی از محلهای تحت پوشش را تحلیل نموده و واکنش لازم را نشان میدهد.
آشکارسازهای F&G در سالهای اخیر پیشرفت زیادی نموده اند. استفاده از فن آوریهای نو و اضافه نمودن پردازشگرهای هوشمند باعث شده که این لوازم دارای کمترین آلارم کاذب باشند که بهبود بسیار مهمی است.
سنسورهای گاز که مولفه بسیار مهم سامانه های حفاظتی است دارای پیشرفت زیادی بوده اند و اندازه گیری حد آستانه گاز نشت شده در آنها با سرعت بیشتری انجام میگیرد. بنابر این سطح مورد درخواست ایمنی( SLI) desired safety integrity level نسبت به گذشته بسیار بهبود یافته است.
قبل ها سامانه F&G بیشتر بصورت منفرد Standalone و تجهیرات آن شامل یک پنل نمایشگر شمای کارخانه بود که توسط سیم و رله کار کاهش ریسک را به عهده داشت. امروزه کارائی این سامانه ها به حدی رسیده که بدون هراس از دریافت اطلاعات نا درست آنها را مستقیماٌ به سامانه های قطع اضطراری ESD Emergency Shutdown کارخانه پیوند دهند.
در شکل زیر نمونه یک سامانه F&G را مشاهده می نمائید که از دو بهش عمده تشکیل شده است. بخش سمت راست تجهیزات آشکارسازی و کنترلی مورد نصب در تاسیسات صنعتی تولید و در سمت چپ تجهیزات بکار گرفته شده در ساختمانهای غیر صنعتی است.
به لطف دتکتورهای پیشرفته سامانه F&G میتواند اخطارهای خطر انفجار یا خطر آسیب انسانی را در کمترین زمان ممکن گزارش نموده و فرامین لازم در بکار انداختن وسایل اخطاری سمعی بصری مثل آژیرها ، چراغهای مختلف خطر و راهنمای خروج اضطراری ، پنل های محلی نمایش ، از مدار خارج کردن یا راه اندازی هوارسانها به منطقه مورد نظر و غیره را صادر نمایند. همانگونه که قبلاٌ نیز اشاره شد سامانه F&G در صورت برنامه ریزی میتواند فرامین قطع اضطراری پروسس را نیز صادر نماید. به عنوان مثال تغذیه ورودی گاز به واحد در خطر قرار گرفته را قطع نماید تا از ادامه آتش سوزی یا نشت گاز جلوگیری شود.
در شکل بالا کلیت لایه های مختلف تشکیل دهنده یک سامانه آتش و گاز نمایش داده شده است. ولی وابسته به نوع صنعت مورد نظر این لایه ها و اجزاء بکار کرفته شده تعاریف جداگانه ای خواهند داشت که در فصل بعد به آنها اشاره خواهد شد.
فصل دوم
همان گونه که قبلاٌ اشاره شد بسته به اینکه سامانه آتش و گاز در چه تاسیساتی بکار کرفته میشود لایه های حفاظتی و کیفیت و کمیت اجزاء مورد نیاز متفاوت خواهند بود. پس قبل از اینکه به لایه ها به پردازیم لازم است ابتدا با تعاریف و مولفه های اجزاء سامانه پرداخته شود تا در صورت اشاره به آنها در خلال مطلب موضوع روشن باشد.
از آنجا که سامانه مورد نظر در تاسیسات صنعتی بکار گرفته میشود چند مولفه اصلی نمود پیدا میکنند.
- در صورتیکه اجزاء سامانه اعم از سنسورها ، آشکارسازها ، مبدلها ، واسطها ، لوازم اخباری جه از نوع دستی و چه اتوماتیک در محیط روباز و یا در محیط مسقف غیر عادی (دما و رطوبت غیر طبیعی ) قرار داشته باشند لازم است استقامت فیزیکی لازم در مواجهه با تاثیرات محیطی را دارا باشند. بنابراین استاندارد ها درجه بندی خاصی را توصیه نموده اند که در جدول زیر منعکس است. البته شاید احتیاج به تفسیر نداشته باشد ولی در مجموع میتوان به مطالب زیر اشاره مختصری کرد.
در حالت کلی درجه حفاظت محیطی یا همان IP “Ingress Protection” از دو عدد تشکیل میشود. عدد نحست که در جدول بالائی آمده نفوذ جسم جامد خارجی به داخل بدنه دستگاه و عدد ثانی نمایشگر نفوذ آب به داخل بدنه آن است. بعنوان مثال وقتی اشاره میشود که درجه حفاظت یک سنسور گاز متان IP45 است بدان معناست که این سنسور دارای بدنه عایق بندی شده ایست که اجسام جامد با ضخامت بیشتر از 2.5 میلی متر به داخل آن نفوذ نکرده و در صورتی که آب بوسیله جت نازل مستقیماٌ به آن پاشیده شود به داخل آن نفوذ نمی کند. پس واضح است این سنسور در محلی که غبار محلی زیاد است و یا محل مورد نظر بعنوان مثال بوسیله سامانه افشانک آب با فشار بالا High pressure jet nozzle جهت اطفاء حریق یا شستشو و رنگ پاشی مورد پوشش قرار گرفته باشد قابل استفاده نیست.
البته حفاظت محیطی تنها به این دو عامل بستگی پیدا نمی کند در برخی از نواحی صنعتی دارای ظرفیت اسیدی یا بازی لازم است از تجهیزاتی استفاده شود که در مقابل این پارامترها مقاومت لازم را داشته باشند. به عنوان مثال سنسور قرار گرفته در مجاورت مبدل بخار اسید باید دارای بدنه مناسب مقاوم در برابر اسید باشد و سنسور قرار داده شده در محیط بخار آب میباید از نوع استیل ضد رنگ باشد تا به مرور زمان خورده نشود. همچنین است تجهیرات بکار گرفته شده در تاسیسات دریائی Offshore یا بندری میبایست دارای بدنه ضد خورندگی ( ضد زنگ ) و سولفاته شدن باشند. درجات مقاومت و پایداری در برابر این عوامل در محیطهای گوناگون توسط استاندارها تعریف شده است که از حوصله بحث خارج است. جهت انتخاب صحیح تجهیزات لازم است به کدهای مربوطه مراجعه نمائید.
- در صورتیکه اجزاء سامانه در محلی با قابلیت انفجار ( محیط انفجاری ) Explosion Area قرار داشته باشند. این اجزاء تحت هیچ شرایطی نباید باعث انفجار گردند. پس باید دارای خصوصیت عدم تولید جرقه یا حرارت بیش از حد باشند. چه ذاتا و چه ماهیتاٌ . محیط های با قابلیت انفجار در استانداردهای مختلف جهانی تقسیم بندی شده اند و تجهیزات تولید شده جهت استفاده در این محیطها نیز بر اساس همین تقسیم بندی ها تولید و عرضه میشوند. پس لازم است تا این تثسیم بندی ها را بشناسیم و در هر محیط اجزاء متناسب با آن محیط را بکار گیریم.
کدهای محیط
در ابتدا لازم است تا با موسسات و ارگانهائی که کدهای مربوط به محیط های با قابلیت انفجار و راه های بکار گیری آنها را تدوین مینمایند آشنا شوید. زیرا متاسفانه تنها یک مرجع خاص در تدوین این کدها نقش نداشته و کشورها هر کدام قوانین و الزامات خود را در این خصوص اعمال مینمایند. حتی در برخی از کشورها چندین ارگان و موسسه این کار را به عهده دارند. هر چند تمامی این الزامات در کلیات به یکدیگر بسیار نزدیک هستند لیکن در جزئیات با هم قدری متفاوت اند. این موضوع بر میگردد به موقعیت اقلیمی و شرایط محلی این کشورها و حد تمایل دولتهای حاکم بر این کشورها بر حفظ جان و مال مردم و سرمایه های ملی آنها . به هرروی معرفی این موسسات و ارکانها لازمه ادامه مطلب است زیرا در برخی از موارد به آنها اشاره خواهد شد.
ابتدا از کشور خودمان شروع کنیم در ایران علاوه بر موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایزان که علاوه بر تدوین کدها کار نظارت بر کیفیت کالای ساخته شده را به عهده دارد شرکت ملی نفت و شرکت های تابعه در موردی کدهای مربوط به خود را دارند. این کدها اکثراٌ اقتباس از توصیه های سازمان حفاظت از حریق آمریکا NFPA یا موسسه نفت آمریکا API است. در پائین بخشی از عناوین استانداردهای شرکت نفت ایران در خصوص اعلام و اطفاء حریق آمده و در پروژه های اجرائی شرکت های تابعه به آنها اجبار میشود آمده است :
IPS (Iranian Petroleum Standards)
- IPS-M-SF-105 Material and equipment standards for valves, reels, hoses, nozzles And monitors for fire fighting.
- IPS-M-SF-325 Material and equipment standard for personnel safety and fire fighters protective equipment.
- IPS-G-SF-126 General standard for hand and wheel type fire extinguishers.
- IPS-E-SF-220 Engineering standard for fire water distribution and storage facilities.
- IPS-E-SF-260 Automatic detectors & fire alarm systems
- IPS-E-SF-340 Engineering standard for firefighting hose box and
- IPS-E-SF-100 Engineering standard for classification of fires and fire Hazard properties.
- IPS-E-SF-180 Engineering standard for dry chemical fire extinguishing systems.
- IPS-E-SF-160 Engineering standard for CO2 gas fire extinguishing systems.
- IPS-E-SF-200 Engineering standard for firefighting sprinkler systems.
- IPS-E-SF-380 Engineering standard for fire protection in buildings.
- IPS-G-SF-460 General standard for first aids & sanitation.
- IPS-G-SF-900 General Standard for Noise Control & Vibration.
- IPS-E-SF-860 Air Pollution Control.
- IPS-E-SF-880 Water Pollution Control.
- IPS-G-SF-130 General Standard for Disposal of Solid Waste.
استانداردها دیگر رایج در جهان که در F&G کاربرد دارند عبارت هستند از :
API American Petroleum Institute
ASTM American Society for Testing and Materials
AWS American Welding Society
BNIF Bureau de Normalisation des Industries de la Fonderie
BS British Standard
CEN European Committee for Standardization
DIN Deutsches Institut fur Normung
DIS Draft International Standard
DNV Det Norske Veritas
EEMUA Engineering Equipment & Materials Users’ Association
EFC European Federation of Corrosion
EN European Norm
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers)
ISA Instrument Society of America)
IEC International Electro technical Commission
ISO International Organization for Standardization
MERL Materials Engineering Research Laboratory
MSS Manufacturers Standardization Society
NACE National Association of Corrosion Engineers
NORSOK Norwegian Competitive Position
OGP International Association of Oil & Gas Producers
ATEX European Directives for Explosion Classification
البته استانداردهای دیگری نیز وجود دارد که در لیست بالا کنجانده نشده اند.
- اکنون که با موسسات تدوین کننده کدها آشنا شدید جهت هر قطعه ای که انتخاب میکنید یا هر مورد کاری که قصد اجرای آن را دارید میتوانید به سر فصل های مربوطه مراجعه و گزینه اصلح را بکار بندید. ولی سوال متداولی که اکثر دوستان در جلسات توجیهی مطرح مینمایند مربوط است به طبثه بندی مناطق خطر آفرین Hazardous Area بنابر این لازم است این مقوله مورد شرح و بست قرار گیرد.
در این خصوص نیز در الزامات اروپائی و آمریکائی تفاوت هائی وجود دارد اما همانطور که قبلاٌ اشاره شد. در کلیات بسیار بهم نزدیک هستند. این طبقه بندی از دیدگاه کلی بصورت زیر است :
موقعیت های کلاس I Class I Locations
مناطقی که در آنجا گازهای قابل انفجار یا بخارات آنها مثل گاز طبیعی یا بخار سوخت دائماٌ در هوا وجود دارد. در این مکانها جرقه ناشی از جریان برق یا هر وسیله تولید جرقه باعث انفجار خواهد شد. موارد قابل اشاره این مکانها عبارتند از :
- Petroleum refineries, and gasoline storage and dispensing areas;
- پالایشگاه نفت ، انبار سوخت و منطقه توزیع .
- Dry cleaning plants where vapors from cleaning fluids can be present;
- بخارات ناشی از کارخانجات خشک شوئی با استفاده از مواد شیمیائی (عموماٌ تترا کلرواتیلن )
- Spray finishing areas;
- محلهای پرداخت کاری با استفاده از روش پاشش
- Aircraft hangars and fuel servicing areas; and
- آشیانه های هواپیما و محوطه خدمات سوخت
- Utility gas plants, and operations involving storage and handling of liquefied petroleum gas or natural gas.
- کارخانجات جانبی گاز و عملیات ذخیره سازی و حمل مایعات نفتی
تمامی موارد فوق دارای محیط گاز یا بخار آن هستند و در رتبه I قرار میگیرند.
موقعیت های کلاس II Class II Locations
مناطقی که در آنها غبار قابل انفجار وجود دارد. این غبار معمولا بصورت پودرمعلق در هوا بوده که پتانسیل لازم جهت انفجار را ایجاد میکند. به همان میزان خطری که مواد نفتی در پالایشگاهها ایجاد مینمایند. به برخی از این مناطق در زیر اشاره شده است :
- Grain elevators;
- آسانسورهای حمل غلات
- Flour and feed mills;
- کارخانجات آرد و آسیاب
- Plants that manufacture, use or store magnesium or aluminum powders;
- کارخانجات تولید مکنزیوم یا آلومینیوم یا انبارهای محتوی این عناصر
- Producers of plastics, medicines and fireworks;
- کارخانجات پلاستیک سازی ، داروسازی و مواد آتش بازی
- Producers of starch or candies;
- کارخانجات نشاسته یا شیرینی سازی
- Spice-grinding plants, sugar plants and cocoa plants;
- کارخانجات خرد کن ادویه ، شکر و کاکائو.
- Coal preparation plants and other carbon handling or processing areas.
- آماده سازی زغال و دیگر محیطهای که در آنها روند انتقال کربن وجود دارد
موقعیت های کلاس III Class III Locations
مناطقی که در آنها الیاف قابل انفجار معلق در هوا وجود دارد که براحتی مشتعل میشوند. خطر پذیری این مناطق وابسته است به مواد مورد استفاده در دوند تولید یا انبار کالا. همانگونه که میدانید احتمال معلق ماندن الیاف در هوا کم است اما جمع شدن آنها در اطراف ماشین ها یا نگهدارنده چراغهای روشنائی که گرما یا قوس الکتریکی تولید میکنند و یا فلزات با گرمای زیاد موجب آتش گرفتن آنها خواهد شد. به برخی از این مناطق در زیر اشاره شده است :
- Textile mills, cotton gins;
- تولید پارچه و پنبه زنی
- Cotton seed mills, flax processing plants; and
- پنبه ریسی و کتان بافی
- Plants that shape, pulverize or cut wood and create sawdust or flyings.
- کارخانجات شکل دهی به چوب ، سائیدن و خرد کردن یا اره کاری آن که تولید غبار یا الیاف اره نماید.
در فصل بعد وضعیت این مناطق را در حالت عادی Normal condition و غیر عادی Unmoral Condition زا مورد بررسی قرار خواهیم داد و پس از آن به ذکر منطق بکارگیری F&G در شرایط عادی و غیر عادی خواهیم پرداخت.
فصل سوم
در ادامه بحث سامانه های آتش و گاز F&G تاکنون با مناطق خطر آفرین انفجاری و طبقه بندی آنها بطور اجمال اشاره شد و موسسات ارائه دهنده استانداردهای مورد استفاده در تاسیسات صتعتی پر خطر را شناختیم. همچنین با موقعیت های پر خطر نیز آشنا کلی پیدا کردیم. حال لازم است با وضعیت های مختلفی که ممکن است برآنها حاکم باشد نیز آشنائی پیدا کنیم.
وضعیت های موقعیت خطر آفرین Hazardous Location Conditions
علاوه بر نوع موقعیت خطر آفرین وضعیت این موقعیت ها در حالات مختلف نیزمورد نظر قرارداده گیرند.
وضعیت درمنطقه پز خطرHazardous Area به دو گونه ممکن است باشد. وضعیت معمول normal Condition و وضعیت غیرعادی Abnormal Condition این دو حالت برای هر موقعیت خطرناکی وابسته به مواد قابل احتراق موجود در آن متفاوت است پس هر موقعیت خطرناکی حالت عادی و غیرعادی مربوط به خود را دارد. بعنوان مثال در یک پالایشگاه نفت در مجاورت شیر تخلیه فشار Vent یا دریجه بالای مخزن همواره گاز قابل اشتعال وجود دارد و برای این ناحیه حالت نرمال است در حالی که وجود گاز در نواحی دیگر وضعیت غیرعادی است. پس هر موقعیتی دارای وضعیت عادی و غیرعادی مربوط به خود را دارد. علاوه بر این وضعیت نرمال نیز میتوند حالات مختلفی به خود بگیرد. لیکن جهت سهولت امر تعاریف نرمال اول و نرمال دوم را برای آنها در نظر گرفته اند. وضعیت نرمال اول برای کار عادی روزانه است و نرمال دوم برای مواقع تعمیر تجهیزات و نگهداری آن Maintenance تعریف میشود.
مولفین کدهای استاندارد جهت راحتی تشخیص مناطق خطر آفرین با افزودن یک بخش Division به طبقه بندی اصلی تعریف را کامل کرده اند. لذا مناطق پر خطر Class I, Class II, Class III یا در بخش یک Division I قرار دارند یا در بخش دو Division II
بعنوان مثال Class I Division I ناحیه مجاور گنبد باز تجهیزات بارگیری یا نزدیکی شیر تخلیه Relief Valve در یک پالایشگاه نفت خواهد بود و ناحیه مجاور منبع ذخیره مواد قابل اشتعال قرار گرفته در یک انبار سربسته Closed Storage Drum میتواند در طبقه بندی Class I Division II قرار گیرد زیرا در حالت عادی نباید هیچ ماده قابل اشتعال یا بخارات آن در فضای اطراف آن نباید وجود داشته باشد.
پس تاکنون طبقه بندی نواحی خطر آفرین را بصورت زیر داشتیم :
- موقعیت کلاس I محتوی گاز و بخار قابل انفجار
- موقعیت کلاس II محتوی غبار قابل انفجار
- موقعیت کلاس III محتوی ذرات معلق فیبرو پرز قابل انفجار
و دو وضعیت حاکم بر آنها:
- حالت عادی Division 1 – normal conditions
- حالت غیر عادی Division 2 – abnormal conditions
حالا اجاره دهید تا به مواد طبیعی خطر آفرین موجود در این مناطق نیز به پردازیم.
مواد طبیعی خطرناک
مواد طبیعی مربوط به گازها و بخارات آنها در طبقه بندی موقعیت های خطر آفرین Class I locations به چهار دسته تقسیم میشوند. A, B, C, and D این طبقه نبدی براساس حرارت شعله وری ignition temperature فشار انفجارexplosion pressure و سایر مولفه های آتش گیری آنها صورت گرفته است.
تنها ماده گروه A استیلن است acetylene که بخش کوچکی از مناطق خطر آفرین را در بر میگیرد و تجهیزات کمی برای کار در مناطق در دسترس است. این ماده دارای فشار انفجار بسیار بالا است.
گروه B نیز بخش نسبتا کوچکی از مناطق خطر آفرین را تشکیل میدهد. این گوره ماده طبیعی هیدروژن و دیگر مواد با مولفه های مشابه را در بر میگیرد. اگر محدودیت های کار با این مواد را در کدهای استاندارد دنبال کنید خواهید دید که اکثر مواد با مشخصاتمشابه میتوانند در گرو C یا D قرار گیرند ولی خود هیدروژن حتما درآن گروه ها جای نمی گیرد.
گروه های C و D مواد باقی مانده موقعیت های یک Class I را شامل میشوند. که بخش عظیمی از این موقعیت ها را در صنایع در بر میگیرد. این مواد شامل بوتان، بنزین، گازطبیعی وپروپان هستند butane, gasoline, natural gas and propane
در موقعیت های دو Class II یا مناطق محتوی غبار قابل انفجار گروه های E, F, and G را داریم. این طبقه بندی نیز بر اساس حرارت شعله وری مواد و ضریب هدایت آنها صورت گرفته است. ضریب هدایت در این دست مواد بسیار قابل اهمیت است بخصوص در موقعیت هائی که غبار فلزات وجود دارد.
غبار فلزات خطرآفرین در این تقسیم بندی در گروه E قرار دارند که شامل آلومینیوم و منگنز یا سایر فلزات با مولفه های مشابه است.
در گروه F فضاهای محتوی موادی چون کربن سیاه ، غبار ذغال چوب ، غبار ذغال سنگ و کک قرار دارند.
گروه G شامل مناطقی با غبار غلات مثل سیلوها ، آرد ، نشاسته ، کاکائو و مواد با مشخسه معادل آنها را در بر میگیرد.
حال اجازه فرمائید تا یک جمع بندی سریع داشته باشیم :
☼ مناطق خطر آفرین به سه گروه اصلی تقسیم میشوند Class III Class I, Class II
☼ بسته به شرایط محیطی به دو دسته Division 1 – normal, and Division 2 – abnormal
☼ مواد مورد استفاده در این محیطها از نظر خطر آفرینی به شش دسته تقسیم میشوند A,B,C,D,F,G
پس موضوع را با یک مثال روشن کنیم. کلاسه بندی یک تانک نگهداری گاز طبیعی چه خواهد بود؟ پاسخ کلاس یک Class I بخش دو Division 2 گروه D
توصیه میشود طبقه بندیهای استاندارد را به خاطر داشته باشید و یا صفحات این بخش را در محلی جهت مراجعه نگهدارید زیرا در آینده به کرات به آن اشاره خواهد شد و لوازم و ابزار مورد نیاز به استفاده در مناطق مختلف صنعتی با توجه به این درجه بندی انتخاب میشوند. شاید جدول جهت نگهداری و مراجعه بعدی بهترباشد.
The table below summarizes the various hazardous (classified) locations.
Summary of Class I, II, III Hazardous Locations | |||
CLASSES | GROUPS | DIVISIONS | |
1 | 2 | ||
I Gases, vapors, and liquids (Art. 501) | A: Acetylene B: Hydrogen, etc. C: Ether, etc. D: Hydrocarbons, fuels, solvents, etc. | Normally explosive and hazardous | Not normally present in an explosive concentration (but may accidentally exist) |
II Dusts (Art. 502) | E: Metal dusts (conductive,* and explosive) F: Carbon dusts (some are conductive,* and all are explosive) G: Flour, starch, grain, combustible plastic or chemical dust (explosive) | Ignitable quantities of dust normally are or may be in suspension, or conductive dust may be present | Dust not normally suspended in an ignitable concentration (but may accidentally exist). Dust layers are present. |
III Fibers and flyings (Art. 503) | Textiles, wood-working, etc. (easily ignitable, but not likely to be explosive) | Handled or used in manufacturing | Stored or handled in storage (exclusive of manufacturing) |
*NOTE: Electrically conductive dusts are dusts with a resistivity less than 105 ohm-centimeter.
در فصل آینده به تجهیزات مورد استفاده در مناطق با خطر انفجار و خصوصیات آنها خواهیم پرداخت. توجه داشته باشید که آنجه گفته میشود فقط در مورد مناطق خطر آفرین با ثابلیت انفجار است و مناطق خطر آفرین با خطرات مسمومیت ناشی از نشت مواد در فضا مورد بحث قرار ندارد. امیدوارم در صورت توفیق در اتمام این مطلب به تفصیل به این گونه محیطها نیز به پردازیم. هر چند در ادامه مجبور خواهیم بود تا به بخشی از مواد مورد استفاده در صنایع که تاثیرات دوگانه دارند نیز اشاره کنیم زیرا کار در صنایعی چون پتروشیمی هر دو بعد قضیه باهم گره خواهد خورد.
فصل چهارم
برای بنده محرز است که دوستان عزیزی که این نوشتار را دنبال میکنند بخصوص آنهائی که اشراف بیشتری به مباحث فنی دارند از پرداختن به جزئیات خسته شده اند و از اینکه موضوعات مورد تاکید و تکرار قرار میگیرند مطلب برایشان کسل کننده شده است. لیکن باور بفرمائید تا اساس موضوع بنیان نهاده نشود شکل گیری نهائی در ذهن طراح میسر نخواهد شد. به عنوان مثال چگونه میتوان سامانه مراقبتی را بدون انتخاب لوازم و ابزار مناسب برپا نمود و برای آن استراتژی ریسک نوشت در حالی که ممکن است بدلیل عدم اگاهی صحیح عکس قضیه حاصل شده و با انتخاب نادرست تاسیسات مراقبتی به پا شده در محل موجب ایجاد ریسک گردیم. درست همانند این است که شعله را نادانسته در داخل انبار باروت قرار دهیم.
و اما ادامه مطلب همانگونه که اشاره شد در هر محیط خطر آفرینی نیاز به لوازم و ابزار متناسب به آن محیط خواهیم داشت لیکن در بسیاری از موارد تجهیزاتی وجود دارند که با تمامی محیطهای سه گانه تعریف شده سازگار هستند و میتوان از آنها استفاده نمود بعنوان مثال در کلاس I که لازم است وسیله مورد استفاده دارای ویژگی ضد انفجاری در مقابل گاز موجود باشد همین وسیله میتواند دارای ویژگی ممانعت در مثابل ورود غبار قابل انفجار به داخل آن نیز باشد لذا میتواند در تاسیسات کلاس II نیز استفاده گردد. ولی در موارد کاملا تخصصی به ناچار بایستی موضوع جداکانه بررسی شود. در شکل زیر نمونه ای از طریقه جلوگیری از خروج گازهای داغ تولید شده در داخل وسیله به خارج آورده شده است در این روش ورودی و خروجی برقی بوسیله یک محدود کننده حاوی مواد شیمیائی که پس از اجرای سیم کشی به آن تزریق میگردد مسدود شده است. بنابراین موادی چون غبار قابل انفجار نیز قادر نخواهد بود به درون وسیله نفوذ نموده و ایجاد اشکال نماید. پس این وسیله عایق بندی شده Seal در هر دو مورد کلاس I و II و III قابل استفاده است. عایق بندی این تجهیزات معمولا در حین نصب صورت میگیرد بدین نحو که پس از اتمام کار اتصال الکتریکی یا سیم بندی مایع شیمیائی را به داخل محفظه مربوطه تزریق مینمایند. در خصوص نوع مواد عایق بندی و طبثه بندی آنها اگر فرصت شد در آینده بحث خواهیم نمود. در اشکال زیر نمونه هائی از طریقه عایق بندی آورده شده است.
پس اکنون بهتر است به مواردی به پردازیم که احتمالا شما بیشتر مایل به آگاهی بیشترنسبت به آن هستید. تا اینجا طبقه بندی کلی مناطق خطر آفرین را داشتیم و به برخی از پیش نیازهای انتخاب تجهیزات مورد استفاده در این مناطق اشاره شد اینک بصورت اختصاصی وارد بحث طبقه بندی مناطق خطر آفرین از دیدگاه برخی از استانداردهای معتبر خواهیم پرداخت که رایج ترین آنها ATEX است که همگی با آن آشنا هستید و در اسناد مناقصات معمولا به آن اشاره میشود. ATEX در واقع مخفف نام فرانسوی Appareils destinés à être utilisés en ATmosphères EXplosibles. گرفته شده که مجموعه دستور العملهای 94/9/EC اتحادیه اروپا جهت انتخاب تجهیزات برای مکانهای انفجاریست که با علامت EX یا Explosion proof بر روی تجهیزات حک میشود. در شکل زیر این علامت آمده است
البته وجود این علامت با اعداد و حروف دیگری همراه است که بیانگر بسیاری از جزئیات دیگر است که باید به آنها پرداخته شود.
به شکل زیر توجه فرمائید که برروی یک وسیله قابل استفاده در محیط گاز قابل اشتعال حک شده است. هر کدام از این علامات و حروف و اعداد نمایشگر یکی از خصوصیات این وسیله است که باید به آنها پرداخته شود.
همانگونه که مشاهده میشود ده مولفه در علامت حک شده وجود دارد:
- CE نشانگر تطابق با استاندارد اتحادیه اروپا که با شماره دستور العمل مربوطه همراه است.
- EX علامت قابلیت استفاده در منطثه خطر آفرین.
- II نمایشگر نوع وسیله مورد استفاده در ناحیه خطر آفرین است که مطابق جدول زیر تعین میشود
وسیله الکتریکی مورد استفاده در معادن مستعد تولید گاز قابل انفجار مثل متان. I
II وسیله الکتریکی مورد استفاده در محیطهای حاوی گاز قابل انفجار بجز گازهای قابل انفجار موجود در معادن
III وسیله الکتریکی مورد استفاده در محیط حاوی بخار قابل انفجار بجز موارد ذکر شده برای معادن.
- عدد 2 نمایشگر طبقه منطقه خطر آفرین که از جدول زیر استخراج میشود و در این مورد ناحیه حاوی گاز با اختمال وجود گاه به گاه گاز است.
- حرف G که نماینده محیط حاوی گاز قابل استعال است مثل تاسیسات فنت و گاز و پتروشیمی.
- علامت EX که ثابلیت ضد انفجاری وسیله مورد نظر را نمایندگی میکند.
- حرف d که نوع حفاظت را تعیین میکند و از جدول زیر استخراج میشود. در مورد مثال ذکر شده حقاظت در مقابل شعله است.
- علامت IIC نشانگر نوع گاز یا غبار قابل انفجار که از جدول زیر استخزاج میشود و در خصوص مثال ما گاز هیدروژن یا استیلن
و در مورد غبار قابل انفجار از جدول زیر :
- T4 نشان دهنده قابلیت تحمل حرارت در سطح یا فاکتور تحمل دما که محدوده آن در جدول زیر آورده شده است.
فصل پنجم
با سلام خدمت دوستان عزیزی که این مطالب را دنبال مینمایند و عرض خستهنباشید به تمامی همکاران ارجمندی که در راه حفظ اموال ملی و زندگی دیگران از جان خود گذشته و با تلاشی خستگیناپذیر زندگی خود را وقف این وظیفه مقدس نمودهاند، موضوع F&G را پی میگیریم.
در فصول گذشته تقریباً با تمامی مقررات، تعاریف و موسسات وضعکننده آنها آشنا شدیم و مطلب به مشروح درآمد. هرچند برخی دوستان ضمن تماس تلفنی از اینکه وارد برخی از جزئیات نشدم، به بنده خرده گرفتند و گلایه داشتند. لیکن ظاهراً هر چه بنده بیشتر وارد جزئیات میشوم، سئوالات نیز بیشتر میشوند. در هر حال باور بفرمائید اگر بیش از این وارد توضیحات گردم، ممکن است موضوع به سن بنده ختم نشود. زیرا هنوز راه درازی در پیش داریم. پس اجازه فرمائید تا از قاعده اختصار و اعتدال خارج نشویم تا مطلب جمع گردد. البته سئوالات مربوط به موارد خاص را هم میتوانید مستقیماً از بنده بپرسید. همچنین مرحمت فرموده و بیشتر به استانداردها مراجعه فرمائید تا استفاده از کدها ملکه ذهن شما گردد.
قبل از ادامه مطلب اجازه دهید تا موضوع بسیار مهمی را با شما عزیزان در میان بگذارم. زیرا این موضوع همواره اشکالآفرین بوده است.
نکته بسیار مهم:
فراموش نشود که درجه حفاظت محیطی یا IP دستگاه، باید متناسب با محیط نصب آن انتخاب گردد. بسیاری از دوستان درجه حفاظت محیطی را با خصوصیات نصب در محیط انفجاری اشتباه میگیرند و تصور میکنند دستگاه با درجه حفاظت IP67 که بالاترین درجه حفاظت محیطی را دارد، در همه محیطها نیز قابلاستفاده میباشد. در حالی که ابداً این چنین نیست. درجه حفاظت محیطی تنها بیانگر توانائی کار در شرایط آب و هوائی محل است و ارتباطی با محیط انفجاری ندارد. به عنوان مثال لازم است شستی یا آژیر اعلام حریقی که در محوطه باز یا خارج ساختمان نصب میگردد، با درجه حفاظت محیط نصب و متناسب با محل موردنظر انتخاب شود. در غیر این صورت ممکن است در اثر ورود آب باران یا رطوبت نسبی زیاد، پس از زمانی کوتاه، از کار باز ایستد. پس وسیله الکتریکیای که در تهران، روی دیوار خارجی یک ساختمان نصب میشود، با وسیله مشابه آن که در بنادر جنوبی و شمالی ایران نصب میگردد، باید از نظر مولفههای حفاظتی متفاوت باشند. زیرا در بنادر علاوه بر وجود رطوبت نسبی 95 درصد، در بیشتر فصول سال، بارانهای موسمی همراه باد، با سرعت زیاد از هر روزنی قابلنفوذ خواهد بود. پس حداقل باید عدد دوم حفاظت محیطی که مربوط به ورود آب به داخل وسیله الکتریکی است، بالاتر باشد. مضاف به اینکه قطعات فلزی مورداستفاده در وسیله مذبور، باید از جنس مقاوم در مقابل زنگزدگی مثل استیل یا گالوانیزه گرم عمقی باشد. برعکس این موضوع، وسیلهای است که به عنوان مثال در یزد یا کرمان برای همین مورد مصرف میشود. در این مناطق بارندگی کمتر ولی غبار محلی بسیار زیاد است. پس لازم است عدد اول که مربوط به ورود گرد و غبار به داخل وسیله میشود، بالاتر باشد. لذا ملاحظه میفرمائید که برای هر ناحیهای، وسیله الکتریکی با درجه حفاظت محیطی مربوط به شرایط آب و هوائی آن محل، باید انتخاب شود.
درجه حفاظت محیطی یا Ingress Protection در استاندارد اروپائی، با IP معرفی میشود که جدول آن قبلاً آورده شد. در استاندارد آمریکائی و برخی دیگر از کشورها مثل کانادا، این خصوصیت با تقسیمبندی NEMA مشخص میشود که جدول آن در پائین آورده شده و از نظر طبقهبندی، قدری متفاوت است. در هر حال، هردوی این تقسیمبندیها مربوط به محیط معمولی است و ربطی به محیط انفجاری ندارد.
جهت سهولت کار شما عزیزان در جدول پائین، همترازسازی درجات حفاظت محیطی در دو استاندارد اروپائی و آمریکائی آورده شده است. البته مشخصههای کدها کاملاً تطبیق نمیکنند، لیکن تقریباً مشابه هم هستند. باتوجه به اینکه در کشور ما از استانداردهای اروپائی بیشتر بهره گرفته میشود، شاید همان کدهای دورقمی از پیش توضیح داده شده، کفایت میکرد. لیکن باعنایت به پرسش مداوم برخی از دوستان، بهخصوص مهندسین محترم مشاور، استانداردهای آمریکای شمالی نیز آورده شد تا موضوع به تفصیل بیان شده باشد.
اما ادامه مطلب. تا اینجا با دو نوع طبقهبندی عمومی جهت مناطق خطرآفرین، از دیدگاه کشورهای اروپائی و آمریکائی آشنا شدیم و تنها کافی است یک مقایسه اجمالی انجام دهیم. هرچند همانگونه که توضیح داده شد تفاوتها در جزئیات است و نه کلیات. در ردهبندی اروپائی سه الگوی کلی Category به شرح جدول زیر و سه زون برای محیطهای حاوی گاز Zone 0,1,2 و سه زون برای محیطهای حاوی غبار قابلانفجار Zone 20,21,22 وجود دارد. در واقع الگوبندی اروپائی یا همان ATEX معطوف به سطح ایمنی و محیطی استقرار دستگاه الکتریکی در آن است. این بدان معنی است که انتخاب دستگاه موردنظر، منحصراً برای محیط موردنظر صورت میگیرد. در جدول زیر مجدداً تقسیمبندی کلی آمده است.
در انتخاب، میبایست پارامترهای هر ناحیه خطرآفرین بهصورت جداگانه برگزیده شود. در قدم اول نوع موادی که در ناحیه وجود دارد، انتخاب و گروه آن مشخص میشود. در این الگو، مواد صنعتی خطرآفرین در سه گروه طبقهبندی شدهاند. این تقسیمبندی در حقیقت نوع ماده موجود در محل را تعیین میکند و جدای از میزان خطرآفرینی آن که وابسته به مقدار و محیط کاربری آن است، تنها ماده موردنظر را نمایش میدهد. پس پلاک نصبشده بر روی وسیله الکتریکی موردنظر اشاره به کاربری آن در تأسیسات صنعتی بخصوصی مینماید. برای یادآوری، مجدداً پلاک حکشده بر روی یک وسیله الکتریکی با استاندارد اروپائی را در پائین میبینید که گروه IIC را دارد. یعنی میتواند در تأسیسات با کاربری موادی چون هیدروژن، استیلن و یا کربن دی سولفاید مورد نصب قرار گیرد.
به جدول زیر توجه فرمائید که در استاندارد اروپائی جهت تعیین ماده موردمصرف در صنایع، استفاده میشود. همانگونه که مشاهده میکنید، انواع مواد مورداستفاده در صنایع در سه گروه تقسیمبندی شدهاند.
نوع حفاظت، مولفه بعدی است که باید مدنظر قرار گیرد. یعنی دستگاه باید دارای چه ویژگی دیگری باشد تا در محیط، مورد استفاده قرار گیرد. به جدول زیر توجه کنید که در آن، این خصوصیات آورده شده و استاندارد قابلرجوع نیز ذکر شده است.
در مورد غبارات قابلانفجار به وجود آمده در تأسیسات صنعتی نیز به همین نحو عمل میشود و جداول مربوط به خود را دارند. این مواد به سه دسته تقسیم میشوند که شامل فلزات، مواد معدنی و محصولات گیاهی یا سلولزی است. در جداول زیر درجه آتشگیری برخی از این مواد، در حالت ابر متراکم در فضا و لایه نازک رسوبشده در محل نشان داده شده است.
حال نوبت به مولفه حرارتی دستگاه مورداستفاده میرسد که لازم است متناسب با محیط نصب آن تعیین شود. در جدول زیر پارامتر T یا دمای سطحی تجهیزات آمده است. بالاترین کلاس حرارتی T1 است که نمایانگر وسیلهای است با تحمل حرارت سطحی 450 درجه سانتیگراد. یعنی دمای محیطی 450 درجه را نیز تاب میآورد. (مثلاً در محیطهای صنعتی گرم مانند مجاورت مبدلهای حرارتی نیز قابلاستفاده است.) همچنین این وسیله درصورت آتشسوزی، میتواند دمای احتراق را برای مدتی کوتاه تحمل نماید.
حال ببینیم در استاندارد آمریکائی چگونه بود. در این استاندارد بجای الگوهای سهگانه اروپائی، سه کلاس تعریف میشود (تقریباً شبیه محیطهای تعریفشده در الگوهای اروپائی) و هر کدام از این کلاسها، دارای یک بخش است. در واقع تقسیمات انجامشده شبیه همدیگر است، لیکن تعاریف کلی و محدوده تعاریف آنها قدری با هم اختلاف دارند. به عنوان مثال درجهبندی حرارت سطحی در روش آمریکائیها، قدری گستردهتر است. در اشکال زیر، تقسیمبندی کلاسها و جدول حرارت سطحی استاندارد آمریکای شمالی NEC آورده شده است.
اکنون اجازه فرمائید اینک که کلیه جزئیات مربوط به این مبحث تا حد امکان آورده شده، در یک جمعبندی اجمالی این دو استاندارد را با هم مقایسه و مبحث را به اتمام برسانیم. امیدوارم برای شما عزیزان سودمند بوده باشد.
توجه فرمائید که اکثر لوازم مورداستفاده در الگوی یک Category I اروپائی قابلاستفاده در Class I , Division I نیستند. لذا لازم است هر الگوئی را متناسب با محیط کاری آن انتخاب نمود. در انتخاب جایگزین بهتر است سایر مولفههای مربوطه را نیز با وسواس بررسی نمائید.
درخصوص گروهبندی نیز به همین منوال گفتهشده در مورد کلاسبندی عمل نمائید و صرفاً به جدول قرینهسازی بالا بسنده نکنید. به عنوان مثال برخی از گازهای مورداشاره در گروه A ، در رده گازها و بخارات گروه IIC قرار نمیگیرند. ولی مجموعاً قرابت گروهها در جدول فوق، قابلاستفاده است.
در فصل بعد وارد موضوعات اصلی خواهیم شد و لایههای درونی کره حفاظت را لایه به لایه مورد بحث قرار خواهیم داد. البته برخی از لایهها که زیرمجموعه وسیعتری را در بر میگیرند و از نظر اجرائی دارای اهمیت بیشتری هستند، به تفصیل خواهیم آورد و درخصوص لایههای دیگر، به اختصار خواهیم پرداخت. پس تا ماهنامه بعد شما را به خداوند جان و خرد میسپارم.
اداره کار آمریکا
Occupational Safety & Health Administration= OSHA
مجری سلامتی و حفاظت
Health and Safety Executive
فصل ششم
لایه درونی کره ایمنی یا قلب سامانه کنترل و حفاظت تاسیسات صنعتی secure industrial control systems (ICS)
همانگونه که مطلع هستید سامانه کنترلی یک تاسیسات صنعتی شامل چند جزء مهم است که عبارتند از سامانه نظارت کنترلی و پردازش اطلاعات که به اختصار اسکادا نامیده میشود supervisory control and data acquisition (SCADA) systems سامانه کنترل توزیعی distributed control systems (DCS) و سایر سامانه های پیکربندی شده کنترلی مثل منطق لاجیک قابل برنامه ریزی Programmable Logic Controllers (PLC) است که هر کدام وظیفه جداگانه ای را به عهده دارند. سامانه ICS تمامی آنها را در بر گرفته و ضمن یکپارجه نمودن آنها نظارت بر عملکرد و حفاظت اطلاعاتی از تمامی آنها و سامانه های تحت پوشش دیگری همچون کنترل تردد و مدیریت دستیابی و حتی بهینه سازی تولید را نیز به عهده میگیرد. این سامانه معمولا در تاسیسات صنعتی همچون صنایع الکتریکی ، آب و فاضلاب ، نفت و گاز طبیعی ، حمل و نقل ، شیمیائی ، داروسازی ، خمیر نیشکر و الیاف سلولزی ، کاغذ سازی ، صنایع خوراگی و آشامیدنی و صنایع مستقل مثل اتوموبیل سازی ، هوانوردی و صنایع مربوط به مواد فاسد نشدنی بکار گرفته میشود.
سامانه SCADA بطور عمومی برای مرکزیت دادن به کنترل و نظارت بر تجهیزات متفرق بکار گرفته شده در صنعت و پردازش اطلاعات دریافتی از آنها استفاده میشود.
سامانه DCS کار نطارت و کنترل تنظیمات محلی تولید محصول کارخانه را به عهده دارد و سامانه PLC کار دریافت و ارسال اطلاعات بر اساس یک منطق لاجیک قابل برنامه ریزی از اجزاء پراکنده تاسیسات صنعتی را ایفا می نماید.
در این فصل سعی خواهد شد تا شما را با انواع سامانه های ICS آشنا کنیم و ضرورت حیاتی آنها را در صنایع اثبات نماییم.
در ابتدا سامانه های ICS همانند افزارهای IT یا انتقال اطلاعات سنتی بودند لیکن با توسعه فن آوری و استفاده از روش ارزان قیمت انتقال اطلاعات در بستر اینترنتIP و جایگزینی لوازم صنعتی مجهز به این پروتکل با اجزاء قدیمی باعث شد تا سامانه ها به این جهت گرایش پیدا کنند. علاوه بر اینکه قابلیت نفوذ پذیری آنها در مقابل آسیبهای سایبری و حوادت اتفاقی بسیار بالاتر از روش انتفال اطلاعات قدیمی است. از طریق این سامانه ها میتوان تجهیزات را حتی از راه دور نیز کنترل نمود و بنابرقابلیت های متعدد بوجود آمده توسط فن آوری نوین بستر سامانه های ICS برپروتکل جدید بنا نهاده شد.
در نمای کلی همانگونه که از شکل زیر پیداست سامانه ICS شامل یک لوپ اصلی است که در پائین شکل آمده در این لوپ سنسورها و فعال کننده ها و فرایند کنترل شده تولید که ورودی و خروجی ها را در بر میگیرد حضور دارند. از جانب دیگر واسط های انسانی Human Machine Interfaces و ابزارهای تشخیص یا عیب شناسی و نگهداری از راه دور Remote Diagnostics & Maintenance نیز به سامانه متصل هستند که شامل اجزاء بخصوص خود بوده و عملیات مربوط به حوزه کاری خود را به عهده دارند. علاوه بر این همانطور که ملاحظه میگردد واسط دوم با خط چین به مجموعه سنسورها و فعال کننده ها متصل است و میتواند انجام اموری چون تنظیم و اصلاح آستانه ها و حدود تعریف شده جهت سنسورها و فعال کننده ها را در محل به عهده داشته باشد. لیکن در واقع در محدوده عملیاتی سامانه کلی قرار میگیرد.البته این شمای کلی سامانه است که نمایش داده شد و در ادامه به تفصیل در خصوص یک یک خصوصیات آن بحث خواهد شد.
اجزاء اصلی سامانه
اجزاء اصلی سامانه ICS به قرار زیر تعریف نیشوند:
- کارساز وارسی Control Server میزبان سامانه های DCS و PLC
است و کار نظارت و اعمال دستور بر این دو سامانه و اجزاء تحت سرپرستی آنها را در درجات پائین دسترسی with lower-level به عهده دارد. این واحد امکان دستیابی به مبدلهای مختلف Modules وابسته به این دو را نیز به عهده میگیرد.
- کارساز اصلی سرویس دهنده به سامانه اسکادا SCADA Server or Master Terminal Unit (MTU)
کارساز اسکادا یا ترمینال اصلی آن به مثابه مدیر اصلی این سامانه عمل میکند. ترمینال های راه دور و وسایل برنامه ریزی منطقی PLC مربوط به سامانه اسکادا Remote terminal units and PLC devices دستورات خود را از این کارساز اصلی میگیرند. در ادامه با این وسایل و طریقه عملکرد آنها بیشتر آگاه خواهید شد.
- ترمینال های راه دور Remote Terminal Unit (RTU)
لوازمی هستند که اطلاعات محلی را جمع آوری و به ترمینال اصلی ارسال میدارند. ترمینال های محلی معمولا از طریق کابل و در صورت طولاانی بودن مسافت و عدم امکان کابلکشی از طریق ارتباط رادیوئی بیسیم اطلاعات را جمع آوری و به یکی ار این دو صورت به ترمینال اصلی ارسال میدارند. در برخی از موارد خود PLC نقش ترمینال راه دور را ایفا میکند در این صورت نام آن همان ترمینال راه دور است.
- واحد مدار منطقی قابل برنامه ریزی Programmable Logic Controller (PLC)
در واقع یک کامپیوتر کوچک صنعتی است که برای اجرای یک یا چند منطق Logic قابل اجرا توسط وسایل سخت ابزار الکتریکی مثل رله ، سوئیچ ها ، زمان سنج های یا شمارنده های مکانیکی طراحی شده است (شبیه آنجه در ماشینهای لباسشوئی قدیمی دیده میشد) یا یک سری مدار منطقی از گیت های مختلف الکترونیکی با چند ورودی و خروجی به همراه یک یا چند تایمر-کانتر است که میتوان گیت های آن را برای مصارف مورد نظر تقسیم بندی یا آماده سازی نمود. دستگاه های جدید PLC میتوانند فرایندهای پسچیده یک واحد تولیدی یا کارخانه را به راحتی پشتیبانی نمایند. این وسیله محوریت اصلی سامانه های اسکادا ، سامانه توزیعی کنترل و نظارت و یا هر سامانه کنترلی را به عهده دارند.
- واحدهای الکترونیکی هوشمند Intelligent Electronic Devices (IED)
شامل سنسورها یا فعال کننده های هوشمند با توانائی پردازش ، جمع آوری و ارسال اطلاعات در زمینه کاری خود به PLC یا ترمینال محلی و یا دیگر واحدهای هوشمند دیگر در منطقه (همانند سنسورهای گاز یا دود یا حرارت و غیره)
- واسط های ماشین-انسان Human-Machine Interface (HMI)
شامل نرم افزار و سخت افزارهای نمایش و کنترل که در اختیار کاربر انسان قرار دارد تا از طریق آنها وضعیت را هر لحظه مشاهده نموده و در صورت لزوم فرامین کنترلی را به آنها اعمال نماید (در این مورد کامپیوتر و مانیتور یا هر وسیله یا ابزار مکانیکی که از طریق آن به توان وضعیت انجام فرایند را مشاهده و دستورات لازم را به آن اعمال کرد) از طریق این واسط ها اپراتور میتواند بر انجام عملیات اتوماتیک فرایند نیز نظارت داشته و درصورت نیاز مداخله نموده و اصلاحات لازم را اعمال نماید. دریافت و ثبت و بایگانی اطلاعات لحظه به لحظه عملیات نیز به عهده این واسط ها میباشد که با توجه به ضرورت در حافظه های پایدار نگهداری و یا چاپ گردیده و فایل میشوند. لازم به ذکر است که کلیه اپراتورها و مقامات بالاتر به توجه به درجه مسئولیتی خود دارای کد های امنتتی دسترسی به این واسط ها هستند تا از بروز خرابکاری و آسیب به تجهیزات جلوگیری به عمل آید. پس یک واحد HMI میتواند یک کامپیوتر با تجهیزات جانبی و یا یک لپ تاب باشد که بصورت بیسیم یا با سیم به شبکه LAN و اینترنت متصل شود.
- تاریخ نویس داده ها Data Historian
دیتا باس مرکزی جهت وقایع نگاری فرایند در نظر گرفته شده است. این واحد تمامی اطلاعات مربوط به انجام عملیات تولید یا فراوری را از طریق ICS جمع آوری نموده و جهت آنالیزهای مختلف فرایند یا اشکال یابی زمانی در اختیار اولیاء امور قرار میدهد. هرگونه دخل و تصرف در این اطلاعات از جانب اپراتورها و مهندسین فنی یا هر فرد دیگری که به سامانه اجازه دسترسی داشته باشد امکان پذیر به بوده و تنها مدیریت شرکت میتواند به این اطلاعات دسترسی داشته باشد
- کارساز ورودی / خروجی Input/Output (IO) Server
عضو پاسخگو برای جمع آوری ، میان گیری Buffering و فراهم سازی امکان دسترسی به اطلاعات ارسالی از جانب زیرمجموعه های کنترلی تحت پوشش مانند PLCs, RTUs and IEDs است. این واحد میتواند کنار کنترل سرور مرکزی یا در یک پایگاه کامپیوتری قرارگیرد. کارسازهای ورودی / خروجی وظیفه برقراری ارتباط با سیستمهای متعلق به دیگران third-party control components را که در مجموعه کلی بکار گرفته شده را نیز فراهم سازند.
فصل هفتم
اجزاء شبکه Network Components
وابسته به تشکیلات تحت نظارت سامانه شبکه های با مشخصات گوناگون برای هر لایه وجود دارد. وابسته به موقعیت جغرافیائی تاسیسات تحت نظر شبکه مناسب انتخاب و پیاده میشود. شبمه های جدید همگی بر پایه IP با استراتژی پیوسته بنا نهاده شده اند.
شبکه های کنترلی با شبکه های دیگر متحد و یکپارچه شده اند تا امکان مهندسی اطلاعات و نمایش آن به صورت سمعی و بصری در خارج شبکه میسر گردد. همچنین این امکان را فراهم میسازد که تصمیم گیری بر روی پردازش داده ها میسر شود. لیست بخشهای اصلی شبکه ICS بودن ملاحظه استراتژی معمول شده آمده است :
شبکه گذرگاه محلی Field bus Network
شبکه محلی سنسورها و دیگر لوازم را از طریق PLC یا دیگر لوازم کنترلی به یکدیگر متصل مینماید. این امر باعث میشود تا هر یک از سنسورها یا لوازم محلی دارای یک کد منحصر به فرد جهت دریافت و ارسال اطلاعات به PLC یا دیگر کنترل کننده های موجود در محل گردند. پرتکل های گوناگونی میتواند در این شبکه به کار گرفته شوند که وابسته به نوع سنسورها و کنترل کننده لاجیک بکار گرفته شده بدین منظور است. با عنایت به اینکه شرح عملکرد این پرتکلها و نحوه تبادل اطلاعات در آنها بسیار وقت گیر است از پرداختن به آن صرفه نظر میکنم ولی اگر دوستان راهنمائی خواستند میتوانند مستقیما با بنده تماس بگیرند تا اطلاعات لازم را در اختیار آنها قرار دهم. در اینجا تنها به نام این پرتکها اشاره میشود. آنالوگ 5-0 ولت یا آنالوگ 20-4 میلی آمپر. دیجیتال مستقیم ، سریال RS485 سریال RS232 سریال RE422 و غیره.
شبکه کنترل Control Network
این شبکه کار نظارت بر شبلکه های پائین دستی را به عهده دارد.
مسیریابهای ارتباطات Communications Routers
مسیریاب یک واحد ارتباطاتی است که انتقال پیام های بین دو شبکه را به عهده دارد. این ازتباط میتواند مثلا بین LAN و WAN باشد یا اتصال بین MTU و RTU برای پوشش اطلاعات مسیرهای طولانی به SCADA
حفاظ اطلاعاتی Firewall
حفاظت واحدها موجود در شبکه مانیتورینگ و کنترلی را تامین مینماید. این بسته نرم افزاری اطلاعات تبادل شده را وارسی و در صورت تشخیص اصلیت و درستی آنها اجازه انتقال را به آنها میدهد. در واقع یک نرم افزار فیلتری است که تنها داده هائی را که با اطلاعات از پیش تعریف شده آن مطابقت دارد از خود عبود میدهد.
مودم ها Modems
مودم یک وسیله تبدیل کننده داده های دیجیتال به پرتکل سریال است. این وسیله معمولا جهت انتقال اطلاعات از طریق خط تلفن استفاده میشود. مودمها بطور متداول کار ارتباط بین واحدهای راه دور (لوازم و سنسورهای نصب شده در نواحی دورتر از تچهیزات کنترلی ) با PLC را انجام میدهند.
نقاط دستیابی از دور Remote Access Points
لوازم مجزای دستیابی از راه دور به سامانه ICS هستند که میتوان از طریق آنها سامانه را کنترل و الگوبندی نمود. نمونه بارز این وسایل میتواند PDA باشد که یک دستیار دیجیتال شخصی است. به وسیله این دستیار شخصی و از طرسق اتصال به شبکه LAN میتوان به سامانه مرتبط شده و اطلاعات را به آن وارد یا از آن دریافت نمود. این وسیله میتواند حتی یک لپ تاب و یک مودم متصل به شبکه باشد تا از طریق آن به ICS دسترسی پیدا نمود. بدیهیست که شخص مورد نظر که وارد سامانه میشدو باید دارای کد امنیتی مجاز باشد و هرکسی قادر به ورود نخواهد بود.
سامانه های کنترل نطارتی و اکتساب داده ها SCADA
سامانه های کنترل نظارتی برای مرکزیت بخشیدن به کنترل لوازم پراکنده یک تاسیسات صنعتی استفاده میشود. این سامانه ها در تاسیساتی چون شبکه آبرسانی ، جمع آوری فاضلاب ، خطوط نفت و گاز طبیعی ، انتقال و توزیع برق ، تاسیسات فرآوری صنعتی ، معادن ، خدمات انتقال مسافر ریلی و غیر ریلی و در بسیاری دیگر از موارد بکار گرفته میشود.
در نمای کلی سخت افزار و نرم افزار سامانه SCADA اطلاعات لازم از تجهیزات واسط مثل PLC یا HMI یا مستقیما از لوازم تخت نظارت از طرق مختلف با سیم یا بی سیم جمع آوری و پردازش نموده و مطابق دستور العمل از پیش تعیین شده فرامین لازم جهت انجام کار را صادر مینماید. این سامانه همچنین کار نمایش فرایند در حال انجام را بصورت سمعی و بصری به عهده دارد.
شاید بهتر باشد قبل از ادامه مطلب مثال ساده ای از نحوه عملکرد سامانه را مطرح نمایم. فرض کنید یک سیگنال High Pressure فشار بالا در قسمت بالائی یک مبدل تخت فشار مربوط به یک تاسیسات صنعتی بکار افتاده و خطر ترکیدن مخزن را گزارش داده است. از آنجا که سیگنالهای ورودی سامانه SCADA طبقه بندی شده اند و این سیگنال در ردیف بالای الویتها قرار دارد. سامانه به محض دریافت آن واکنش نشان میدهد. واکنش سامانه وابسته به این است که سناریوی تعریف شده برای این حادثه چه باشد. ولی حداقل اینست که ابتدا آژیرهای محلی به صدا در آیند تا پرسنل حاضر در محل از وقوع انفجار احتمالی با خبر باشند. پس فرمان راه اندازی آژیرهای محلی صادر میشود و همزمان گزارش خطر بر روی مانیتورینگ سامانه منعکس شوده و اپراتور اطاق فرمان از آن مطلع میشود. در ابنجا دو احتمال وجود دارد یا تصمیم گیری به عهده اپراتور گذاشته شده که وی بلافاصله باید واکنش نشان داده و تدابیر را معمول نماید (در تاسیسات کوچک) یا اینکه سامانه باید بطور خودکار عمل نماید و فرامین پیش گیرنده را صادر نماید. یکی از این فرامین کاهش فشار ورودی یا قطع موقت آن از طریق شیر کنترل ورودی تغذیه کننده مخزن و باز نمودن شیر تخلیه بالای مخزن باشد. پس این فرمان به فوریت صادر و عکس العمل فرایندی آن برای چندین بار مورد وارسی قرار داده میشود. البته این فقط یک مثال بود و سناریوها همه فرضی و در واقعیت واکنشها به چنین حادثه ای بسیار فراتر از این خواهد بود.
همانگونه که گفته شد سامانه SCADA دو بخش سخت افزار و نرم افزار دارد که بخش سخت افزار آن بطور معمول یک MTU نصب شده در اطاق فرمان مرکزی ، تجهیزات مخابراتی ( تجهیزات رادیوئی ، تجهیزات ارتباط با ماهواره ها ، خطوط تلفن و کابلهای رابط ) و مقاریر متنابهی تجهیزات گسترده در مناطق تحت پوشش مثل سامانه PLC یا RTU که سنسورهای محلی و فعال کننده ها Actuators را تحت پوشش دارند و تجهیزات نمایش اطلاعات که میتوانند نمایشگرهای تصویری ( مانیتورینگ ) یا میمیک دیاگرامها و تابلوهای نمایش LED در اطاق فرمان یا در محل فرایند باشند.
شبکه عمومی سامانه کنترل نظارتی و احتساب داده ها
در شکل بالا نمونه عمومی یک سامانه SCADA و لوازم متصل به نمایش داده شده است. همانطور که مشاهده میشود مرکزیت با HMI است و سایر لوازم کنترلی همچون ایستگاه کار مهند سی EWS و داده نویس Data Historian و نیز خدمت رسان فرمان Control Server در کنار آن قرار دارند که همگی از طریق شبکه LAN به همدیگر متصل و به مسیرهای ارتباطاتی منتهی میگردند Communication Routers ارتباطات سامانه میتواند از طریق خط تلفن استیجاری از شرکت های سرویس دهنده تلفن ، از مسیر خطوط انتقال برق ، از طریق امواج رادیوئی یا از طریق ارتباط ماهواره ای صورت گیرد. در مسیرهای نزدیک اینکار از طریق مستقیم و بوسیله کابلهای معمولی یا فیبر نوری میتواند انجام شود. در هر حال سامانه اطلاعات خود را از هر کدام از روشهای گفته شده گرفته ، پردازش نموده و کار لازم را بر روی آنها با توجه به سناریوی تعریف شده ( سبب و اثر Cause & Effect ) به انجام میرساند. در مورد سبب و اثر در آینده و بخصوص در مورد واکنش سامانه به عملکرد سنسورهای آتش و گاز بیشتر خواهیم گفت و فعلا به آن نمی پردازیم تا سخن از دست نرود.
در طرف دیگر که تجهیزات صنعتی قرار دارند که ممکن است کیلومترها دور تر از اطاق فرمان که محل استقرار سامانه است قرار داشته باشند. مثلا در تاسیسات برق رسانی این تجهیزات میتواند چندین نیروگاه تولید برق و پستهای توزیع را شامل شود که در سراسر کشور پراکنده اند و هماهنگی بین آنها مستلزم ایجاد شبکه های انتقال اطلاعات پیچیده است. ولی در ابعاد کوچکتر این تجهیزات ممکن است متعلق به یک پالایشگاه باشد که در مجاورت ساختمان کنترل و در فاصله کمی از آن قرار دارد. در این صورت تجهیزات محلی شاید محدود شوند به تجهیزات کنترل فرایندی Process Controlling (سنسورها و فعال سازهای موجود در خط تولید محصول ) ، تجهیزات قطع فرایند در حالت اضطراری ESD ، سنسورها و فعال سازهای مراقبت از آتش سوزی ، سنسورها و فعال سازهای مراقبت از نشت گاز و سنسورها و فعال سازهای بخش کنترل تردد. این تجهیزات میتوانند خود در شبکه های محلی قرار داشته باشند ولی در هر صورت اطلاعات هر کدام از تجهیزات باید به هر طریق ممکن به سامانه مرکزی انتقال داده شود.
در اشکال زیر نمونه ارتباطات سامانه SCADA نمایش داده شده است. در فصل بعد مطالب بیشتری در این خصوص خواهیم داشت و به سامانه DCS خواهیم پرداخت لیکن تا ماهنامه آینده شما را به خداوند بزرگ می سپارم.
فصل هشتم
ادامه مطلب سامانه آتش و گاز
با سلام خدمت دوستان و همکاران گرامی در فصول قبل سامانه مدیریتی F&G را مورد مطالاعه قرار دادیم و برخی از روشهای اتصال اجزاء مرتبط به آن را ذکر نمودیم. برخی از دوستان همچون گذشته تماس گرفته و درخواست داشتند تا راجع به لوازم متصل به سامانه و نحوه کارکرد آنها نیز توضیحات کامل داده شود. عرض میکنم مطمئن باشید تمامی اجزاء سامانه به موقع مورد بررسی کامل قرار خواهند گرفت و همانگونه که قو.ل داده شده کره ایمنی لایه به لایه معرفی شده و توضیحات کامل در خصوص تک تک اجزاء و قطعات متصل به آن خواهد آمد . پس اجازه فرمائید تا مسیر حرکت حفظ شود و چیزی از قلم نیفتد . دوست گرامی دیگری نیز که درخواست مطلبی در خصوص طریقه کار آشکارسازهای گاز و دلیل ارائه چند نوع روش بکارگیری آنها را داشت نیز میتواند در بخش بعدی که به لوازم مدیریتی و آشکارسازی Assets Management and Detection مربوط خواهد بود به خواسته خود برسد.
اما ادامه مطلب:
تا اینجا دانستیم که یک مدیریت جامع نرم افزاری و سخت افزاری تحت عنوان ICS تمامی امور مربوط به داده پردازی ، حفاظت و کنترل سامانه F&G را به عهده دارد که ار طریق مجموعه ای از لوازم کنترل و هدایت داده ها به محیطهای تحت کنعرل به روشهای مختلف متصل گردیده و امور را اداره میکند. این سامانه همچنین ارتباط خود را با مدیریت انسانی از طریق ابزارهای نمایشی مثل مانیتورها و میمیک دیاگرام پنل ها و لوازم هشداری بر قرار مینماید. مدیریت انسانی با در دست داشتن کد امنیتی میتواند به طرق مختلف اطلاعات مربوط به عملکرد تاسیسات را حتی از راه دور بدست آورده و بر امور نظارت نماید و در صورت لزوم دستورات خود را به سامانه دیکته کند. البته این دستورات شامل اموری چون تعلیق حفاطت شبکه ای و حفاظت فیزیکی نمی شود و سامانه هرگونه دخالت در معوق سازی ایمنی را چه در بخش نرم افزاری و چه سخت افزاری باشد نادیده گرفته و هشدار لازم را جهت اطلاع به مسئولین ذی ربط ارسال میدارد. هرگونه تغییر در مدیریت حفاظتی سامانه یا به روز رسانی آن تنها توسط افراد ذیصلاح قانونی که کدهای امنیتی چندگانه سامانه را در اختیار داشته باشند و تنها در محل استقرار کامپیوتر مرکزی سامانه ( اتاق کنترل تاسیسات صنعتی مورد نظر ) میسر خواهد بود و ار طریق اینترنت یا خط تلفن و مودم دسترسی به آنها امکان پذیر نیست.
در فصل قبل انواع روشهای ارتباطی سامانه با لوازم داخلی و خارجی تحت نظر تا حدودی توضیح داده شد و عنوان گردید که دامنه لوازم تحت کنترل سامانه بستگی به تاسیسات صنعتی کنترل شونده دارد. هر چه تاسیسات کوچکتر باشد وسعت سامانه محدود تر خواهد بود. در این بخش یک نمونه از تاسیسات صنعتی کنترل شونده توسط سامانه ICS برای مثال آورده میشود تا موضوع کاملا روشن شود. این سامانه مربوط است به یک ICS که در یک تاسیسات قطار برقی شهری یا مترو بکار گرفته شده است. همانگونه که در بخش فوقانی شکل زیر که بلوک دیاگرام سامانه را نمایش میدهد مشاهده میگردد تجهیزات مرکزی سامانه در اتاق فرمان مرکز کنترل اصلی یا در ایستگاه مرکزی قرار دارد و شامل مجموعه ابزاریست که قبلا شرح آنها آمده بود لیکن در اینجا بهتر است کمی بیشتر به آنها و برخی از جزئییات مربوط به آنها پرداخته شود.
اتاق فرمان که در بخش بالائی تصویر مشاهده میشود شامل چه وسایلی است؟
- کنترل سرور اصلی ICS که برنامه نرم افزاری از پیش نوشته شده جهت کلیه امور ( سناریوی اصلی شامل کنترل حرکت قطارها و دستورات مقرر شده ) قرار دارد. این سرور دارای پردازشگرهای متعدد و تراکهای ورودی و خروجی سامانه در یک رک مشترک با سامانه PLC و ابزارهای ارتباط با شبکه مرکزی است. این ابزارها که در این مثال تراکهای مربوط به فرکانسهای گیرنده و فرستنده رادیوئی هستند کانالهای مختلفی را در بر میگیرند. از این تراکها میتوان مکالمه صوتی و تصویری با ایستگاه ها و قطارهای در حرکت و ارسال و دریافت دادهای فرمان به ابزارهای کنترلی زیر مجموعه آنها را بر قرار نمود. فرکانسهای رادیوئی مورد استفاده همگی دارای پهنای باند خاص و با مدولاسیون قفل شده و رمزگذاری شده هستند تا امکان دریافت توسط دیگران نا میسر و دستکاری بر روی آنها غیر ممکن گردد. در تاسیسات جدید این تراکها ارتباط خود را از طریق ماهواره ها بصورت خصوصی و یا از مسیر سامانه جهانی GPS بر قرار می نمایند. لیکن در تاسیسات قدیمی اینکار از طریق آنتن زمینی و رله کردن سیگنالها انجام میشد.
- کنسول اپراتوری یا HMI که نمایشگرهای تصویری در قسمت روبروئی آن قرار دارند و در پاره ای از اوقات سه تا شانزده مانیتور رنگی را شامل میشود. این نمایشگرها در مثال ما خطوط مختلف راه آهن و ایستگاهها و علائم ریلی را نمایش میدهند. نمایش این خطوط میتواند به انتخاب اپراتور باشد و در صورت نیاز بزرگنمائی گردد. هشدارهای متنی و سمبولیک نیز بر روی همین مانیتورها بطور همزمان نشان داده میشوند. علاوه بر این در گوشه ای از تصویر مقادیر اساسی اندازه گیری شده تاسیسات برقی و مکانیکی به نمایش در می آید. اصولا هر پارامتر مهمی که در عملکرد صحیح سامانه موثر باشد در گوشه ای از تصویر و یا بصورت جداگانه گزارش میشود. بر روی میز اپراتور لوازمی چون صفحه کلیدها که از طریق آنها فرامین کنترلی صادر میشوند ، دگمه های واکنش سریع ( فرامین اطفاء حریق بی واسطه و غیره ) دگمه های انتخاب تصاویر پخش شده از مانیتورها بصورت سریع و بی واسطه ، کنترل و فرمان دوربینهای حفاظتی و درپاره ای از مواقع مرکزیت سامانه اعلام حریق و اطفاء حریق و نمایشگرهای سنسورهای گاز قرار دارند (این در صورتیست که مرکز اعلام و اطفاء حریق از نوع دیجیتال مولتی پلکس باشد و پنل کنترل آن جدای از تابلو قرار گرفته و تنها از طریق شبکه یا با چند سیم به آن متصل شود) .
- جایگاه مهندسی EWS که میتواند در یک یا چند محل استقرار یابد . این واحد کنترلی شامل یک کامپیوتر محلی با تجهیزات جانبی آن (صفحه کلید ، ماوس و غیره ) با یک یا چند مانبتور است که تمامی اشکالات سامانه های برقی و مکانیکی در این واحد نمایش داده میشود. فرامین مربوط به اصلاح سامانه های تحت پوشش از طریق این واحد ها صورت میگیرد. اشکالاتی که غیر قابل اصلاح از راه دور باشد به پرسنل مهندسی در محل ابلاغ میگردند تا در صورت اضطرار به فوریت و در غیر این صورت در دستورکار روزانه سرویس قرار گیرد.
- رک حافظه نگهداری و حفظ اطلاعات که تنها مدیران میانی و ارشد به آن دسترسی دارند کلیه وقایع پیش آمده و دستورات صادره را ثبت میکند. گزارشات مدیریتی از طریق این واحد انجام میگیرد.
- چاپگر موچود در محل نیز کار چاپ ریکوردهای رورانه را به عهده دارد.
تمامی این واحد ها از طریق یک شبکه داخلی که معمولا باس 8 یا 16 بیتی است به همدیگر متصل گردیده اند. این شبکه میتواند بصورت LAN تحت پروتکل یگانه ای باشد (معمولا لینکس ). درگاه خروجی و ورودی این شبکه معمولا یک سوئیچ هاب است که به یک رینگ اصلی متصل است و ارتباط تمامی زیر مجموعه ایستگاهای محلی و قطارها را بر قرار میسازد.
در طرف دیگر یعنی در ایستگاههای محلی و قطارها نیز لوازم و ابزار تبادل اطلاعات بهمین ترتیب قرار دارند مضاف به اینکه پست های برق رسانی محلی و ژنراتورهای اظطراری که تغذیه کننده خطوط ریلی هستند نیز در ایستگاهای محلی قرار دارند و بنابراین هر کدام از این پستهای فرعی نیز دارای کنترل کننده های فرعی با توانائی پردازش اطلاعات میباشند. در فن آوری جدید احتیاجی به رابطهای انسانی HMI در محل ایستگاههای محلی نیست لیکن معمولا یک واحد کوچک محلی جهت تسریع در امر مهندسی و یک مانیتور محلی دوربینهای حفاطتی جهت واحد حراست مستقر میشود.
توجه داشته باشید که تمامی شبکه تحت مراقبت دائم در قبال ورود اطلاعات غلط یا ویروس احتمالی قرار دارد Firewall تردد پرسنل تنها از طریق سامانه کنترل تردد هوشمند انجام میشود که نفوذ نا پذیر است . شرح عملکرد هر کدام از ابزارهای کنترلی و دریافت و ارسال اطلاعات چه محلی و چه مرکزی مثل سامانه های صوتی ، نمایش ساعات ورود و خروج قطارها ، نمایش ساعت در ایستگاهها و محلهای تردد مسافران ، کنترل بلیط و صدور آن ، گرمایش و سرمایش ایستگاه ها و قطارها ، روشنائی کریدوهای ورودی و خروجی و محوطه ایستگاهها ، نمایش تبلیغات و فیلم در سالنهای انتظار و بسیاری دیگر از سامانه هائی که به خاطر نمی آورم خود قصه طولانی دارد که در محدوده مطلب ما نیست. ما تنها سعی میکنیم تا روش کنترلی یک مجموعه صنعتی را که سامانه های آتش و گاز نیز جزئی از آن و موضوع اصلی است را دنبال کنیم ولی چون جهت روشن شدن مطلب این مثال را آوردیم ناچارا به آنها نیز اشاره نمودیم .
بر گردیم به مثل خودمان و اشاره کوچکی به یک اتفاق متداول بیندازیم. فرض کنیم در یکی از ایستگاها که فقط یک خط ورودی و یک خط خروج دارد (تک ریل ) قطاری در سکوی شماره یک مطابق برنامه ایستاده و در حال تخلیه و سوار کردن مسافر است تا به حرکت خود ادامه دهد . از سوی مقابل قطار دیگری بر روی ریل در حال ورود به ایستگاه است و باز هم مطابق برنامه یک دقیقه طول میکشد تا به ایستگاه برسد لیکن به هر دلیل با تاخیر مواجه میشود و زمان رسیدن آن با توجه به سرعت حرکت آن که از سوی سنسورهای هوشمند قطار همواره در حال سنجش است 20 ثانیه دیر تر صورت میگیرد . چه اتفاقی خواهد افتاد؟ جواب اینست که PLC تاخیر را به سامانه گزارش نموده و چراغ ایست یا عدم خروج را برای راننده قطار اول روشن نگهداشته و زمان تاخیر بر روی پنل اعلام ساعات حرکت قطارها را نمایش داده و زمانبندی جدید در همه ایستگاها و برای همه قطارها اعمال میشود زیرا زمانبندی در کلیه مسیرها دچار اشکال خواهد شد. با رسیدن قطار روبروئی این قطار بطور اتوماتیک ( با تغیر سوزن ها ) به خط دیگری بغیر از خط یک هدایت شده و با توقف آن چراغ سبز آزادی حرکت در کنار ریل برای راننده قطار اول روشن میشود. این روال خیلی معمولی کار سامانه هوشمند هدایت قطارهاست. ولی بیائید فرض کنیم که همزمان در همین ایستگاه آتش سوزی رخ دهد. حال چه اتفاقی می افتد؟
الف) وابسته به اینکه در کدام بخش از ایستگاه آتش سوزی رخ داده سنسورهای آن بخش به کار افتاده و مراتب به تابلو محلی اعلام آتش گزارش میشود. محل وقوع بصورت متنی بر روی صفحه نمایش تابلو اعلام حریق ظاهر شده و چراغهای نمایش دهنده وقوع آتش سوزی به همراه آژیرهای محلی و مرکزی هشدار لازم را به افراد حاضر در محل و مامورین حفاظت ایستگاه اعلام میدارند. و به PLC اعلام وضعیت مینماید.
ب) در همین حال PLC گزارش حادثه را بر روی شبکه قرار داده و تمامی ایستگاهها و اتاق فرمان از وقوع آن آگاه میشوند.
ج) در واکنش به این رویداد سامانه ICS سناریوی از پیش مقرر شده را به اجرا در می آورد . این دستورات فرضاٌ این خواهند بود که حرکت کلیه قطارها در مسیرهای منتهی به این ایستگاه متوقف شود. به قطار متوقف در سکوی شماره یک دستور حرکت به گوشه امنی از ایستگاه داده شود. در صورت وجود سامانه اطفاء اتوماتیک (مثلا در پستهای برق ) دستور تخلیه فوری صادر گردد. چراغهای راهنمای خروج اضطراری در مسیرهای تخلیه افراد روشن شوند و مسیر خروج امن را به مسافران نشان دهند. وقوع آتش سوزی از طریق سامانه صوتی اعلام و ضمن دعوت از حاضرین به آرامش شود از آنها درخواست شود تا ایشتگاه را ترک کنند. برنامه حرکت قطارها را متناسب با تاخیر پیش آمده اصلاح و اعلام نماید و غیره و غیره.
پس ملاحظه می فرمائید که سامانه در هر شرایطی واکنش لازم را از خود بروز خواهد داد و مطایق دستورالعملی که قبلا برای آن شرایط مقرر شده ( در سناریوی تحریر شده سبب و اثر Cause & Effect ) و مطابق با مدیریت ریسک عمل خواهد کرد. این شمه کوچکی بود از آنچه سامانه به عهده دارد.
از آنجا که قصد به اختصار است مطلب ICS را تا همین جا میبندیم و تنها به این اشاره میشود که ما وارد مبحث سناریوهای ریسک و دود نشدیم و آن را به بعد موکول کردیم زیرا لازم بود به تقاضای دوستان وارد مبحث اصلی که معرفی سامانه های آتش و دود است شویم.
اگر خداوند رخصت داد در فصل بعد وارد لایه بعدی که Asset Management & Detection است خواهیم شد و به معرفی انواع آشکارسازهای دود و گاز و تابلوهای مرکزی آنها و مدیریت شبکه ای سامانه ها میپردازیم.
پس تا فصل بعدی شما را به ایزد توانا می سپارم در پناه حق باشید.
فصل نهم
ادامه مطلب سامانه آتش و گاز
با سلام به دوستان ارجمندی که مقالات F&G را دنبال می کنند. در فصول قبل لایه درونی کره ایمنی را به تفصیل مورد بحث قرار دادیم و اینک به لایه ماقبل زیرین یعنی Asset Management & Detection میپردازیم که دوستان مشتاق رسیدن به آن بودند. البته این بحث بسیار طولانی است زیرا تمامی ملزومات و قطعات کنترلی در آن جا دارند و باید به تک تک آنها پرداخت ولی آز آنجا که در خصوص آشکارسازهای نشت گاز سوالات بسیاری طرح شد لذا ابتدا از آنها شروع میکنیم و سپس فصل به فصل به کلیه قطعات مثل آشکارسازی دود ، حرارت ، شعله و دیگر پارامترهای آتش خواهیم پرداخت و بعد از آن به سراغ تابلوهای کنترل و انواع و اقسام آنها خواهیم رفت و در نهایت به روش طراحی صحیح یک سامانه اعلام حریق میپردازیم. بحث بعدی اطفاء حریق خواهد بود که بسیار طولانی تر از این فصل است و شامل تکنولوژی شناخت آتش و طبقه بندی انواع آتش خواهد بود. ممکن است از خود بپرسید که آتش انواع و اقسام ندارد و سوختن همراه با شعله و دود است ولی خواهید دید که ممکن است آتش سوزی نه دود داشته باشد نه شعله و در مجاورت شما اتفاق افتاده و شما را جزغاله کند و شما از آن خبر نداشته باشید. به موقع به آن خواهیم پرداخت. پس ابتدا سنسورهای نشت یاب گاز.
سنسورهای گاز جهت تشخیص نشت گازهای سمی Toxic Gas Sensor و گازهای قابل احتراق Combustible Gas Sensor به چند روش ساخته میشوند که هر کدام مناسب تشخیص یک یا چند نوع گاز هستند. انواع متداول آنها را به شما معرفی میکنیم. لیکن چیزی که در همگی آنها مشترک است درجه بندی میزان گاز است که میتواند به صورت های زیر انجام شود.
- انداره گیری میزان PPM یا جزء در میلیون که معمولا در رابطه با واحد حجم نمایان میشود مثلا میلی گرم بر لیتر.
- اندازه گیری در صد حجمی Volume rating
- اندازه گیری در مقایسه با کمترین حد انفجار lower explosive limit (LEL)
- اندازه گیری در مثایسه با upper explosive limit (UEL)
سنسورهای تشخیص گاز الکتروشیمیائی Electrochemical Gas Sensors چگونه کار میکنند
همانگونه که از اسم آنها پیداست مبنای کار این سنسورها تغییرات شیمیائی بوجود آمده در اثر ورود گاز به داخل محفظه اندازه گیری آنها است. این نوع سنسور از چهار بخش تشکیل میشود. دو الکترود حسگر ، یک الکترود شمارشگر و یک هادی یونی. این الکترود میتواند جامد یا مایع باشد. در حالت عادی همانگونه که از شکل پیداست سنسور در حالت تعادل قرار دارد و جریانی از مدار الکتریکی متصل به آن عبور نمی کند.
وقتی گاز سمی وارد محفظه سنجش میشود (مثلا گاز منو اکسید کربن CO ) و در مجاورت سنسورهای سنجش قرار میگیرد در اثر ملکولهای آب موجود در هوا اکسیداسیون در آن بوچود می آید یعنی گاز ورودی اکسیده میشود. به فرمول زیر دقت فرمائید (فرمول 1 )
CO + H2O → CO2+ 2H+ + 2e– …(1)
در اثر این اکسیداسیون الکترود سنجش به الکترود شمارشگر اتصال کوتاه شده و موجب عبور جریان در داخل الکترود شمارشگر و بوجود آمدن پروتون (H+) شده و تاثیر آن بر الکترود یونی موجب واکنش دیگری میگردد که حاصل آن یون منفی است . به فرمول دوم توجه فرمائید:
(1/2)O2 + 2H+ + 2e– → H2O …(2)
پس در نهایت سنسور تبدیل به یک باطری میشود که قطب منفی و مثبت دارد. و حاصل نهائی واکنش شیمیائی در رابطه زیر نمایان است:
CO + (1/2)O2 → CO2 …(3)
با اندازه گیری تغییرات جریان بوجود آمده در ترمینالهای خروجی سنسور که تابع میزان چگالی گاز Gas concentration و ضریب نفوذ Gas diffusion coefficient آن است. میزان نشت گاز قابل محاسبه خواهد بود. البته یک مدار الکترونیکی بسیار دقیق که در بر گیرنده چندین فیلتر جریانی خواهد بود جهت اجتناب از خطای سنجش و لغزش تعادلی سنسور لازم است. در اینجا ما تنها به اصول اولیه کار اشاره نمودیم ولی در آینده اگر مجالی دست داد به مدارات سنجش نیز میپردازیم. تنها به این بسنده میکنیم که فرمول کلی انداره گیری بصورت زیر است :
I = F × (A/σ) × D × C × n …
در این فرمول I خروجی سنسور F ثایت فارادی A سطح مقطع لایه فیلم انتشار σ ضخامت لایه D ضریب نفوذ گاز مورد سنجش C غلظت گاز و n تعداد الکترونهای واکنشی است.
سنسورهای تشخیص گاز کاتالایتیک Catalytic Gas Sensors چگونه کار میکنند
این سنسورها از دو المان تشکیل میشوند. یک الکترود آشکارساز D که در واقع عنصر کاتالایتیک بوده و نسبت به گازهای قابل احتراق حساس است و یک الکترود مقایسه گر compensator element که خنثی است. هر دو این الکترودها در واقع عناصر گرم شونده با جریان الکتریکی هستند. (شبیه به المنت حرارتی). این دو الکترود در مدار الکترونیکی متصل به آنها در حالت عادی در تعادل هستند ( مثل پل ویتسون) و جریان ثابتی از هر کدام از آنها عبور میکند. به دلیل مصرف انرژی در المنتهای گرمائی سعی میشود این جریان در پائین ترین حد نگهداشته شود. (در حد میکرو آمپر)
با ورود گاز قابل احتراق به داخل محفظه سنجش و قرار گرفتن آن در مجاورت الکترود ها گرم گاز و اکسیژن هوا شروع به سوختن میکند. این احتراق در الکترود خنثی هیچ تاثیری نمی گذارد ولی موجت تغیرات مقاومتی در الکترود سنجش میشود (معمولا کاهش مقاومت الکتریکی).
این تغییرات مقاومتی موجب تغییرات جریان در مدار خروجی شده و قابل سنجش خواهد بود.
سنسورهای تشخیص گاز نیمه هادی Semi Conductor Gas Sensors چگونه کار میکنند
این سنسور از سه بخش تشکیل میشود. بخش فوقانی یک لایه نازک استانیک دی اکساید Tin Dioxide Layer یا کریستال اکسید قلع با دو عامل اکسیژن قرار گرفته که با اکسیژن هوا در تماس است. این لایه در واقع نقش یک نیمه هادی را ایفا میکند. پس از آن یک لایه از آلومینا قرار داشته و در زیر این لایه یک گرم کن برقی نصب شده است. لایه بیرونی یا بخش فوقانی اهدا کننده الکترون است که در حالت معمول یعنی هوای تازه بدلیل عدم وجود گیرنده الکترون در حالت ثبات قرار داردو در حقیقت جریانی از مدار الکتریکی متصل به آن عبور نمی کند. به شکل زیر توجه فرمائید:
به محض ظهور گاز قابل اختراق در مجاورت این لایه مولکولهای اکسیژن در اطراف لایه کاهش یافته و موجب به هم خوردن تعادل مدار میگردد. میزان جریان عبوری از مدار تابع میزان ضریب نفوذ گاز است . با اندازه گیری میزان جریان چگالی گاز نشت یافته قابل اندازه گیری خواهد بود.
سنسورهای تشخیص گاز نوری Infrared gas sensor چگونه کار میکنند NDIR
این سنسورها جدید ترین نوع آشکارسازی در جهان هستند که برتری های زیادی نسبت به تنکنولوژی قدیمی دارند. از جمله برتریهای این سنسورها عمر طولانی تر آنها نسبت به انواع قبلی است. همانطور که میدانید عمر متوسط سنسورهای الکتروکمیکال دو سال ، کاتالایتیک جهار تا شش سال و سنسورهای نیمه هادی ده سال است زیرا همه آنها گرمکن الکتریکی دارند و المنت گرمکن به مرور زمان فرسوده شده و از بین میرود در حالی که سنسورهای نوری احتیاج به گرمکن نداتشته و عمر طولانی دارند.
اساس کار این نوع از سنسورهای تفاوت جذب مولکولی نور مادون قرمز توسط گازهای مختلف است heterolysis molecule این سنسورها از سه بخش تشکیل میشوند. یک منبع نور مادون قرمز که معمولا یک دیود نوری است و دو گیرنده مادون قرمز با فیلتر نوری که یکی از آنها مرجع و دیگری اندازه گیر است. شبیه آنچه کنترل تلویزیون شما کار میکند. یا در سنسورهای دود رایج است با این تفاوت که ذوج های نوری Infrared couple از نوع متمرکز بوده و در یک محفظه کاملا تاریک قرار گرفته اند که تنها از طریق یک هزارتوی باریک با فضای بیرون در ارتباط است. گیرنده مرجع علاوه بر مبنا سنجی نور متصاعد شده تعبیه شده وظیفه اندازه گیری مداوم سیگنال دریافتی از منبع مادون قرمز را نیز به عهده دارد تا در صورت خاک گرفتگی یا کثیفی داخل محفظه کوبلهای نوری مراتب را گزارش دهد. مراجعه به شکل زیر
با ورود گاز به داخل محفظه متناسب با تراکم آن بخشی از نور مادون قرمز توسط گاز جذب میشود و تعادل کوبل نوری بهم میخورد. تغییرات جریان بوجود آمده توسط مدار الکترونیکی مقایسه گر قابل سنجش خواهد بود. در شکل زیر این تغییرات نمایش داده شده.
اشکال این نوع سنسورها این است که برای تشخیص برخی از گازها که جذب مولکولی نور را ندارند مثل هیدوژن یا برخی از گازهای سمی قابل استفاده نیستند. همچنین ثیمت آنها بالاتر از انواع قدیمی تر است. این سنسورها اصولا قابل تعمیر یا کالیبره شدن نیستند و در صورت نیاز به این کار باید به کمپانی سازنده فرستاده شوند. ولی مزیت بسیار برجسته آنها این است که احتیاج به وجود اکسیژن ندارند و بنابر این جهت تست عدم وجود گاز پس از تخلیه منابع گاز و لوله ها ( بعد از پرج کردن بوسیله نیتروژن ) بسیاز مناسب هستند. قابل توجه برخی از دوستان که از سنسورهای پرتابل جهت سنجش پاک شدن منبع استفاده میکردند و دستگاه آنها میسوخت و علت را جویا می شدند. می پرسیدند چرا دستگاه از زده خارج شد؟ عرض میکنم عدم وجود اکسیژن یعنی عدم عملکرد گرمکن و عدم عملکرد گرمکن یعنی جریان بسیار زیاد در مدار خروجی و در نتیجه نابودی سنسور. پس جهت تست داخل مخزن یا از لوله نمونه بردار استفاده کنید یا از سنسور نوری.
فصل دهم
در فصل قبلی انواع متداول آشکارسازهای نشت گاز را معرفی نمودیم و طریقه عملکرد آنها را توضیح دادیم. در این فصل نحوه اتصال آنها به سامانه های آتش و دود را بررسی میکنیم تا مطلب در این خصوص کامل شود. با مراجعه به مطالب قبلی روشهای متفاوتی جهت اتصال سنسورها به سامانه های F&G وجود دارد که بستگی به ساختار مرکزیت تاسیسات صنعتی مورد نظر دارد. از آنجا که مطلب ما عمومی است. پس ناچارا به بحث کلی بسنده میکنیم و از دوستانی که تخصصی تر کار میکنند میخواهیم تا مطلب مورد نظر خود را مستقیما از خود بنده بخواهند تا جوابگو باشم.
آشکارسازهای نشت معمولا میتوانند به چند روش به سامانه متصل گردند و شما میتوانید متناسب با تاسیسات مورد نظر خود آنها را سفارش دهید. این بدین معنی است که کمپانیهای سازنده این اختیار را به شما میدهند که متناسب با نیاز آشکارساز را سفارش دهید. بعنوان مثال در برخی از موارد لازم است سنسور تنها در سطح ثابتی نشت گاز را اعلام نماید و شاید دو سطح از میزان نشتی را گزارش دهد در این صورت کافیست سنسور را با دو رله خروجی 50% Alarm یا پیش اخطار و Final Alarm در خواست نمائیم و از آن به عنوان یک سنسور ساده قابل اتصال به هر نوع تابلو اعلام حریق استفاده نمائیم. در این صورت سنسور یاد شده دو مدار ورودی از تابلو را اشغال میکند که شامل یک نمایشگر پیش اخطار و دیگری اخطار نهائی خواهد بود. سعنی سنسور با چهار سیم به تابلو مرکزی اعلام حریق متصل میشود. این ساده ترین روش اتصال یک سنسور نشت گاز به سامانه است که ابدا هوشمند نیست و اطلاعات کاملی در اختیار ما نمی گذارد. این روش تنها در جائی کاربرد دارد که از سامانه هوشمند استفاده نشده است و از تابلو مرکزی اعلام حریق جهت اطلاع از نشت گاز در چند نقطه مثل ایستگاه انتقال گاز کارخانه یا تشخیص نشت گاز کلر در تسویه خانه اختصاصی آن بکار گرفته شده است.
پس معمولا از این روش کمتر استفاده میشود و آشکارسازها تحت معاهده سریال هارت HART Serial Protocol به سامانه ها متصل میشوند. این همان پرتکل 4-20mA یا 0-5V آنالوگ است که سالهایت بیشترین کاربرد را در اتصال سنسورهای مختلف به سامانه آتش و دود داشته است. مبنای این معاهده بسیار ساده است.
دریافت دامنه تغییرات جریان از سنسور در محدوده تعریف شده و تجزیه و تحلیل آن توسط گیرنده با مقادیر پایه از پیش تعریف شده و نهایتا ارسال پاسخ به واحد پردازش جهت فراهم آوردن عکس العمل لازمه. |
میدانم کمی سخت شد. بنابراین اجازه دهید مطلب را باز کنم. برمیگردیم به مثال قبل که در آن از دو رله خروجی از سنسورجهت ارسال اطلاعات به سامانه (در مثال تابلو اعلام حریق مرکزی) استفاده شده بود. این کار با چهار سیم میسر شده بود. حال فرض کنید میخواستیم سطوح بیشتری از میزان نشت گاز را گزارش نمائیم. مثلا 30% LEL در پیش اخطار و 50% LEL جهت دومین اخطار و 75% LEL جهت سومین اخطار و نهایتا 100% LEL یا خطر انفجار. در این صورت اگر میخواستیم از رله استفاده کنیم باید از 8 سیم جهت انتقال اطلاعات استفده میکردیم که با افزایش تعداد سنسورها تعداد سیمها سر به فلک میزد. در معاهده سریال 4-20mA اینکار با بکارگیری تنها دو یا سه سیم میتواند انجام شود که حامل جریان الکتریکی سنسور هستند. تغییرات جریان در دو سر مقاومتی که در گیرنده قرار دارد آشکار میگردد. اینکار میتوانست بصورت قرائت تغیرات ولتاژ انجام شود که در برخی از موارد بکار گرفته میشود یعنی تغییرات دامنه ولتاژ مثلا 0-5v بصورت آنالوگ خوانده شود. اینکار در صورتیکه سنسور در فاصله نزدیک از دریافت کننده (PLC) باشد امکان پذیر است ولی توجه داشته باشید که در مسافت دور افت ولتاژ در مقاومت سیمهای رابط موجب دریافت اطلاعات اشتباه شده و در عین حال ولتاژهای میدانی الکترواستاتیک موجب اختلال در دریافت صحیح اطلاعات خواهند شد (بخصوص در تاسیسات صنعتی با مصرف جریان بالا مثل کوره های ذوب ) ولی تغییرات جریان از تاثیر مصون خواهند ماند. در اشکال زیر نمونه هائی از طرق اتصال بین گیرنده و فرستنده (در بحث فعلی سنسور) نمایش داده شده است.
همانگونه که مشاهده میشود ارتباط بین گیرنده و فرستنده میتواند دو سیمه یا سه و چهار سیمه بهم متصل میشوند. در مدار دو سیمه گیرنده و فرستنده یک ولتاژ مشترک تغذیه میشوند. این روش محدودیتهائی در مواقعی بکار گرفته میشود که فاصله بین گیرنده و سنسور زیاد نباشد. در اتصال سه سیمه سنسور بصورت مجزا تغذیه میشود ولی در قطب منفی با گیرنده مشترک است و بلاخره در اتصال چهار سیمه سنسور یا فرستنده از تغذیه محلی استفاده میکند (معمولا 24 ولت ) و این حسن را ایجاد میکند که افت ولتاژ خط تاثیری بر سیگنال ارسالی نمی گذارد. امروزه بیشترین کاربرد را روش سه سیه دارد.
جریان عبوری از مدار تنها در محدوده چهار تا بیست میلی آمپر قابل بررسی خواهد بود. جریان پائین تر از 4 میلی آمپر معنی قطع مدار و بالای 20 میلی آمپر اتصال کوتاه محسوب خواهد شد. در حالت دیجیتال حد پائین جریان یعنی 4 میلی آمپر منطق) 0 ( و 20 میلی آمپر منطق) 1 ( را دارد. (حالت معکوس آن نیز در برخی موارد بکار گرفته میشود) این در حالتیست که بخواهیم تنها از یک منطق مدار استفاده کنیم. لیکن از آنجا که معمولا به دریافت چند حالت نیاز است حد فاصل بین 4 تا 20 میلی آمپر را میتوان به چند نقطه انتخابی تقسیم نمود. به منحنی جریانی زیر نگاه کنید:
نقاط 8 میلی آمپر جهت 50٪ نشت گاز و به ترتیب 12 میلی آمپر و 20 میلی آمپر جهت 75٪ و 100٪ انتخاب شده اند. توجه داشته باشید که هرچه تقسیمات بیشتر شود امکان خطا در اندازه گیری بیشتر خواهد شد.
روشی که شرح داده شد ابتدائی ترین نوع برداشت از معاهده سریال 4-20mA است که صرفا جهت آگاهی شما از اصول انتقال اطلاعات از طریق این معاهده آورده شد. در عمل ابدا از این روش استفاده نمی گردد.
ارتباط با سنسورها معمولا از طریق معاهده های متعدد انتقال اطلاعات سریال (پروتکل های سریال) صنعتی که مختص اینکار و با همکاری سازندگان سنسورها و قطعات کنترلی تهیه و به تدریج ارتقاء یافته همچون (Highway Addressable Remote Transducer) HART یا MODBUS یا Brain و دیگر نرم افزارهای نوشته شده مشابه آنها صورت میگیرد. این نرم ابزارها و سخت افزار آماده شده جهت اینکار علاوه بر انتقال اطلاعات قبلی مثل سه حالت یاد شده در سنسورهای نشت گاز اطلاعات ذی قیمت دیگری را نیز از سنسورها دریافت و در اختیار ما میگذارند. این اطلاعات جامع وابسته به نوع سنسور مورد نظر میتوانند بسیار گسترده باشند. سنسورهای هوشمند امروزی به نحوی طراحی شده اند که کلیه اطلاعات مورد نیاز را در اختیار ما قرار دهند. مثلا در مورد سنسورهای گاز این اطلاعات میتواند نمایش تغییرات میزان نشت گاز بصورت پله ای ( دیودهای نوری خطی) یا بصورت عددی برروی نمایشگر دیجیتال نشان دهد و حتی اشکالات داخلی سنسور را گزارش نماید. با استفاده از این سنسورها شما میتوانید به دلخواه سطح نشت گاز مورد نظر خود را به عنوان پیش اخطارها و اخطارها تنظیم کنید. سنسور را کالیبره نمائید و بسیاری مزایای دیگر که در این بحث نمی گنجد.
اما این اطلاعات چگونه تبادل میشود. به شکل سمت چپ در زیر توجه فرمائید. خط قرمزی که مشاهده میکنید همان خط آنالوگ 4-20mA قبلی است که در واقع جریان سنسور در مواجه با گاز نشت شده را نمایش میدهد. منحنی آبی رنگ روی خط حامل یا خط آنالوگ فرکانس اعمال شده بر روی سیم ارتباطیست که توسط فرستنده ارسال میشود. مقدار این فرکانس برای منطق (1) بنابر قرارداد 1200 هرتس و جهت منطق (0) 2200 هرتس است. این فرکانسها با دامنه ±5v بصورت بایت های 8 یا 16 تائی دیجیتال بر روی سیم ارسال میشوند و میکروکنترولر موجود در سنسور یا گیرنده آنها را دریافت و پاسخ مناسب را بر روی همان سیم به گیرنده بر میگرداند.
با این روش کلیه اطلاعات داخلی سنسور یا واحد دیجیتال قابل قرائت بوده و پارامترهای سنسور قابلیت تنظیم از راه دور خواهد شد. سامانه میتواند به طریقی برنامه ریزی شود که در دوره های زمانی قابل انتخاب سنسورها را مورد معاینه فنی قرار دهد Evaluation programming و یا اینکه برنامه نگهداری دوره ای برای آنها اختصاص دهد Maintenance Programming یا کالیبره نماید. سنسورهای قبلی گاز تنها بوسیله کیت مخصوص مربوط به گاز مورد نظر کالیبره میشدند ولی امروزه به استثناء برخی از گازهائی که سنسور آنها خاص است مابقی سنسورها را میتوان از راه دور کالیبره نمود.
در شرایطی که بخواهیم چند سنسور را از طریق همین دو سیم تحت پوشش قرار دهیم میتوانیم از شبکه مالتی پلکسر استفاده نمائیم. دز اصطلاخ به این طریقه انتقال اطلاعات RS485 گفته میشود که میتوان از طریق آن گاهی تا 32 سنسور را که قابلیت قرار گرفتن تحت این شبکه را دارند را پوشش داد. در ایحال هر کدام از سنسورها دارای یک کلید باینری DIP Switch هستند که آدرس آنها را در شبکه معین میکند.
اتصال حتی میتواند بصورت بدون سیم (لینک رادیوئی) یا بصورت شبکه دیتا کامپیوتری TCP/IP یا اینترنت صورت گیرد. در این صورت چنانچه به کد امنیتی دسترسی داشته باشید میتوانید از هر نقطه جهان سنسورها را تحت مراقبت قرار دهید.
در خلال این دو فصل سنسورهای تشخیص نشت گاز و روشهای مختلف اتصال آنها به سامانه های آتش و دود را بطور مختصر مورد بحث قرار دادیم. در این فصل به معرفی کلی انواع آشکارسازهای مورد مصرف در تاسیسات صنعتی خواهیم پرداخت و عوامل تاثیر گذار بر انتخاب هر کدام از آنها را مورد مطالعه قرار خواهیم داد.
علیرغم اینکه مطمئن هستم همگی شما آشکارسازهای آتش مورد استفاده در صنایع را می شناسید. با این حال جهت یاد آوری به معرفی اجمالی آنها میپردازم و سریع از آن میگذرم زیرا از مطلب اصلی که بحث بسیار طولانیست باز خواهیم ماند :
1-آشکارسازهای دود
آشکار سازهای دود موجود در جهان شامل پنج نوع هستند.
- حسگرهای دودی نوع یونیزاسیون که عنصر حساسه آنها یک قطعه کوچک کاملا پیچیده شده در چندین لفاف محافظ فلزی از عنصر رادیو اکتیو americium 241 یا Radium 266 با حد تشعشع 5~0.9 uC میکروکوری است که موجب یونیزه شدن فضای اطراف خود میشوند. این قطعه که از پس ماند نیروگاههای اتمی بدست می آید در مدار الکتریکی بصورت یک پل وستون قرار گرفته که جریان ناچیزی از آن عبور می کند. با وارد شدن ذرات دود به داخل این محدوده یونیزه شده تعادل پل بهم خورده و جریان عبوری افزایش می یابد که موجب راه اندازی تقویت کننده جریانی مدار آشکارساز و در نتیجه عملکرد آن میشود. البته این تنها اساس کلی کار این آشکارسازهاست و ما وارد جزئیات آن نشدیم.
استفاده از این آشکارسازها قبلا بسیار معمول بود ولی در سالهای اخیر به دلیل تاثیر آن بر سلامتی انسان از بکارگیری آنها در مناطق مسکونی اجتناب میشود. حتی حمل آنها با مقررات خاص صورت میگیرد. ولی در محیطهای صنعتی که تردد در آنها انجام نمی شود یا نه ندرت در آنها تردد انجام میشود. هنوز قابل استفاده هستند. سرعت آشکارسازی این نوع از دتکتورها بسیار خوب است و در مقایسه با انواع دیگر آشکارسازهای دود 15٪ سریعتر عمل میکند.
2- حسگرهای دودی نوع فتوالکتریک که در حال حاضر متداول ترین نوع آشکارسازی دود در جهان هستند. اساس کار این آشکارسازها استفاده از یک زوج نوری Photo Electric Couple قرار گرفته در یک محفظه تاریک است که از طریق دالانهائی به فضای بیرون ارتباط پیدا میکند. این فرستنده و گیرنده نوری شامل یک دیود با بازتاب مادون قرمز و یک ترانزیستو نوع فت FET با مقاومت ورودی زیاد است که با زاویه 15°~27° نسبت بهم در محفظه گفته شده قرار داشته و در حالت معمولی دید مستقیم به یکدیگر ندارند. با ورود ذرات دود به داخل محفظه. ذرات ورودی باعث انحراف نور ساطع شده از دیود فرستنده به جهت دید ترانزیستور گیرنده شده و آنرا فعال میسازد.
2- حسگرهای دود خطی
Beam Detector اساس کار این نوع از آشکارسازها درست شبیه نوع فتوالکتریک است با این تفاوت که برد نوری آنها بیشتر است و در واقع محفظه تمام فاصله محیط تحت پوشش را در بر میگیرد که فاصله بین گیرنده و فرستنده میتواند تا 140 یا حتی 200 متر باشد. این سنسورها به دو روش ساخته میشوند. نوع اول شامل گیرنده و فرستنده است و این دو با یکدیگر ارتباط الکتریکی دارند (دو رشته سیم بین آنها کشیده میشود ) و نوع دوم که بجای گیرنده یک منعکس کننده سیلیکونی در مقابل فرستنده قرار میگیرد ( آئینه منعکس کننده) در هر دو حالت فرستنده و گیرنده باید دقیقا در مقابل همدیگر قرار گیرند تا صحت عملکرد آشکارساز تضمین گردد. به دلیل فاصله طولی زیاد بین گیرنده و فرستنده این امر موجب دشواری تنظیم دقیق آشکارساز میشود.
این آشکارسازها معمولا جهت پوشش سالنها و انبارهای بزرگ بکار گرفته میشوند و از آنجا که مطابق استاندارد آشکارساز باید در ارتفاع و زیر سقف سوله نصب گردند تنظیم دقیق آنها در ارتفاع کمی دشوار است. مضاف به اینکه بعد از نصب در اثر جابجائی دیوارهای ساختمان در اثر نشست زمین تنظیم اولیه بهم خورده و باید آشکارساز هر چند وقت یک بار مجددا تنظیم شود. جدیدا یک نوع از این آشکارسازها به بازار آمده که خود تنظیم است Auto Alignment یعنی فرستنده با بهره گیری از یک سروو موتور کوچک مرتبا انحراف زاویه خود را با گیرنده تصحیح میکند. مزیت دیگر این نوع از آشکارسازهای بیم این است که تنظیم اولیه نیز توسط پنل کنترل که در ارتفاع پائین نصب میشود صورت میگیرد. علاوه بر اطلاعات مربوط به درصد درستی زاویه دید گیرنده به فرستنده پارامترهای دیگری همچون قدرت بیم و درصد شفافیت هوای بین گیرنده و فرستنده همواره بر روی نمایشگر کریستال مایع آن قابل روئیت خواهد بود. همچنین میتوان آستانه حساسیت آشکارساز را از طریق این کنترل کننده تنظیم نمود. جدیدا نوع دیگری از این آشکارسازها به بازار آمده که گیرنده آن توانائی رصد بیش از یک بیم مادون قرمز را دارد. بنابراین میتوان با بهره گیری از این آشکارساز نقاط کور محل را نیز پوشش داد. مطلب در خصوص این آشکارسازها و روشهای طراحی آنها بسیار زیاد است که به امید خدا اگر فرصتی پیدا شد به آنها خواهیم پرداخت.
3- حسگرهای دود مکشی
- این نوع از آشکارسازها در دهه اخیر به بازار عرضه شده اند. اساس کار این آشکارسازها مکش هوای محل تحت پوشش به وسیله یک فن از طریق لوله های رابط به داخل محفظه سنجش Analyze Chamber و وارسی ذرات دود موجود در آن قرار گرفته است. محفظه سنجش مشابه همانست که در آشکارسازهای فتوالکتریک به آن اشاره شد ولی کوپل نوری آن بسیار حساس تر از آنست که در آشکارساز معمولی بود. حساسیت آشکارسازهای مکشی بسیار بالاست و میتواند کمتر از 0%~20% Obs/ft با تفکیک پذیری Resolution بسیار بالا و در حد 01% باشد. این یعنی بیش از ده برابر آشکارسازهای معمولی. کوپل نوری میتواند شامل یک بیم لیزری یا یک زوج ارتقاء یافته مادون قرمز باشد.
در مسیر لوله ها هرجا که لازم است حفاظت صورت گیرد وابسته به نیاز محل تحت پوشش سولاخی به اندازه مشخص در لوله تعبیه میگردد تا از طریق آن هوای ناحیه مورد نظر به داخل کشیده و به دستگاه هدایت شود. قطر لوله بنا بر استاندارد در اکثر سامانه ها 25 میلی متر است. لیکن در برخی مواردی که نیاز باشد فضای معینی مثل محفظه داخلی یک تابلو برق یا یک رک تبادل اطلاعات Server Cabinet را پوشش دهند معمولا از لوله های کوچکتر استفاده مینمایند. جهت پوشش اتاقها و سالن های با سقف کاذب لوله کشی در سقف اصلی انجام میشود و
زیر سقف یعنی فضای اتاق با نازل مخصوصی که از طریق یک لوله واسط به لوله
اصلی اتصال یافته پوشش داده میشود. پوشش کف کاذب روی دیواره جانبی آن
و همانند سقف اصلی اجرا میشود. از آنجا که به دلیل رقیق شدن دود در میسر
حرکت آن به سمت دستگاه طول لوله ها محدودیت دارد. باید محاسبات دقیقی انجام شود تا مطابق استاندارد زمان اعلام آتش سوزی از 120 ثانیه بیشتر نشود. به همین دلیل جهت طراحی شبکه لوله کشی کمپانیها نرم افزارهائی را به شرکتهای نماینده خود عرضه میکنند که بوسیله آن میتوان طول مجاز لوله ها و اصولا شبکه لوله کشی را متناسب با محل تحت پوشش و قطر سوراخ های تعبیه شده و پارامترهای مکش فن و سرعت آن به درستی انجام داد. زبرا انجام محاسبات دستی بسیار دشوار خواهد بود.
در نسل جدید این نوع آشکارسازها جهت پوشش بیشتر از یک سامانه با شیر انتخاب ورودی استفاده میشود که میتواند 4 یا 6 مسیر لوله را به تناوب انتخاب و به محفظه سنجش ارتباط دهد. هر کدام از لوله ها میتواند یک زون مستقل باشند یا همگی لوله ها در یک زون تعریف شوند. این نوع آشکارسازها معمولا بصورت متعارف Conventional عرضه میگردند که دارای چهار رله خروجی با چهار آستانه سنجش و یک رله خطا جهت ارتباط آنها با سامانه آدرس پذیر هستند. خطاهای اعلام شده عبارتند از خطای مسدود یا پارگی شدن مسیر لوله ها و خطای بیم و غیره هستند. ولی برخی از کمپانیهای سازنده ماژول مبدل آدرس پذیر آنها را نیز عرضه مینمایند.
همچنین در برخی از موارد کمپانیهای سازنده علاوه بر دود سنسورهای حرارتی و گاز را نیز در داخل واحد مکشی و در مسیر لوله ها قرار میدهند تا علاوه بر دود پارامترهای دیگر آتش و گاز نیز قابل شناسائی باشند. مطلب در خصوص این نوع از آشکارسازها روشهای طراحی شبکه لوله کشی آنها و کلاس بندی حساسیتی آنها زیاد است و در این مجال نمی گنجد. لذا به دوستانی که مایلند در این خصوص بیشتر بدانند توصیه میشود آنرا از طریق سایت شرکت اسپین الکتریک www.spinelectric.com درخواست نمایند. یا به سایت www.xtralis.com مراجعه کنند. با اینحال در صورتی که در خواست از مجله برای آشنائی بیشتر با این سامانه ها زیاد باشد شاید مطلب جداگانه ای تهیه و عرضه شود. لذا در صورت نیاز با دفتر مجله تماس گرفته و درهواست خود را منعکس نمائید.
فصل یازدهم
ادامه مطلب سامانه آتش و گاز
با عرض ادب و اخلاص به سروران گرانقدر.
شکوه ها شد از اینکه بسرعت از مطالب مربود به آشکارسازها گذشتم. شایسته است عرض کنم برداشت بنده این بود که همه دوستان در این خصوص اطلاعات کامل را دارند و نیاری به ارائه جزئیات نیست. با این حال اطاعت امر میشود و در برخی موارد از جمله معرفی بیشتر آشکارسازهای مکشی که تقریبا جدید هستند و دوستان طالب دریافت اطلاعات بیشتری در این خصوص بودند خواهم آورد. و صد البته در خصوص طراحی شبکه لوله کشی و محدودیت های آن به تفصیل خواهم گفت ولی باور به فرمائید مشکل زمانی همچنان گریبانگیر ما بوده و خواهد بود. پس ناچارا بر میگردیم به مطلب آشکارسازی و در صدر آن آشکارساز مکشی.
در طراحی سامانه های آتش و دود طبقه بندی مناطق از نظر مواد ذخیره شده در آن نقش اساسی را ایفاء می نماید که قبلا کرارا به آن اشاره شد. شاید بیشتر از سه فصل به آن اختصاص داده شد. لیکن در پاره ای از موارد که دوستان با آنها برخود روزمره دارند تکلیف روشن است و از پیش اهمیت این محلها ار نظر درجه بندی مشخص و معین شده است. مثل اطاقهای کنترل تاسیسات Control Room ، سالنهای انتقال و سوئیچ برق MV & LV Switch Rooms ، سرور روم ها ، محلهای نگهداری اسناد و محلهای قابل انفجار با محیط بسته. در این گونه محلها اخیرا از آشکارسازهای مکشی استفاده میشود تا آتش سوزی در لحظات اولیه وقوع آن کشف و اعلام گردد. در بخشی از فصل قبل اشاره مختصری به اصول اولیه این نوع آشکارسازی شد. در این بخش سعی خواهد شد نکات مربوط به طراحی و محدودیتهای این نوع آشکارسازها مورد بحث قرار گیرد.
در حال حاضر چهار نوع دستگاه مکشی ساخته و به بازار عرضه میشود:
نوع اول شامل یک محفظه است که در آن یک پمپ با سرعت ثابت و یک دتکتور متعارف یا آدرس پذیر معمولی در آن تعبیه شده و دارای یک ورودی هواست که طول لوله آن محدود است. حساسیت این نوع از آشکارسازها به همان میزان دتکتورهای معمولیست قابلیت استفاده از آنها جهت پوشش محیطهای انفجاریست زیرا در محل پوشش منبع الکتریکی که موجب ایجاد جرقه گردد وجود ندارد. البته برخی از کمپانیها دتکتورهائی با حساسیت بیشتر جهت استفاتده در این نوع آشکارسازها تولید نموده اند. لیکن حساسیت آنها بیشتر از 30 درصد دتکتورهای معمولی نیست.
نمونه یک دستگاه مکشی مجهز به دتکتور معمولی با یک ورودی
نوع دوم شامل یک محفظه کوچک است که در آن یک پمپ تک سرعت و یک محفظه سنجش قرار دارد و بدلیل محدودیت مکش پمپ تنها میتواند 10 نثطه نمونه برداری را شامل شود که در حد اکثر 50 متر لوله تعبیه شده باشد. حساسیت این نوع از آشکارسازهای مکشی در رده کلاس C قرار میکیرد و قابل تنظیم نیست. این نوع آشکارسازها قیمت پائین دارند و برای محلهای کوچک با حساسیت محدود قابل استفاده هستند. این نوع آشکارسازها در بازار با اسامی مختلف ارائه میشوند ولی همگی از یک مبداء تولید در اروپای شرقی هستند.
نوع سوم که متداول ترین نوع است تشکیل شده از یک واحد مکش (پمپ هوا) با سرعت قابل تنظیم ، یک محفظه سنجش Chamber Smoke با سنسور لیزری یا سنسور فتوالکتریک ارتقاء یافته ، مدارات الکترونیک کنترل وتنظیم و اتصال به شبکه اعلام حریق و در مواردی شبکه کامپیوتری از طریق TCP/IP ، یک یا چند لوله ورودی با مقطع 25 میلیمتر که هوای محلهای تحت پوشش را به داخل محفظه سنجش هدایت مینمایند.
نمونه یک دستگاه مکشی با دو ورودی در یک زون
البته در صورتیکه تعداد ورودیها بیشتر از یک و تا شش لوله باشد یک شیر انتخاب با قابلیت اتصال 25 میلیمتر و در صورتیکه بیش از شش لوله باشد با قابلیت اتصال 8 تا 12 میلیمتر نیز به تجهیزات گفته شده اضافه میگردد. در شکل زیر نمائی از این شیر انتخاب با 15 ورودی با اندازه 10 میلیمتر نمایش داده شده است. این نوع آشکارسازهای مکشی بیشتر جهت حفاظت درونی تابلوهای برق یا رکهای انتقال اطلاعات بکار گرفته میشوند. لوله های باریک مستقیما هوای داخل تابلوها را به سامانه اتقال میدهند و لذا هر یک از تابلوها بصورت یک زون جداگانه تحت پوشش قرار میگیرد.
بیشترین تعداد لوله ورودی 15 است و از آن بالاتر تا کنون ساخته نشده است. این نوع از آشکارسازها از طریق ورودی RS232 یا USB به کامپیوتر متصل و بوسیله نرم افزار مربوطه از هر نظر تنظیم شوند. طراحی شبکه لوله کشی این نوع از آشکارسازها نیز میتواند از طریق کامپیوتر و نرم افزار بخصوصی که برای همین کار توسط کارخانه سازنده ارائه شده انجام گیرد.
نوع چهارم تقریبا مشابه نوع بالاست با این تفاوت که مسیر انتقال هوای از پمپ به محفظه سنجش از یک منبع آب عبور میکند (شبیه قلیان) در این صورت بنا به فرضیه سازنده تنها ذرات قابل دید دود به محفظه وارد میشوند و از عبور غبار و گرد و خاک به داخل محفظه جلوگیری میشود ( مشکلی که برخی از آشکارسازهای مکشی با آن مواجه هستند) این کار چند نقیصه را در پی دارد. اول اینکه تنها ذرات بسیاز ریز غیر قابل حل در آب از مسیر عبور میکنند که زائیده آتش سوزی های مواد کربنی با زنجیره پائین مولکولی هستند و دیگر اینکه رطوبت ایجاد شده مسیر را متاثر میسازد و نیز وجود آب ساکن هر چند که خالص و بی رسوب باشد احتیاج به نگهداری دائم خواهد داشت و از آنجا که متاسفانه در کشور ما توجه موثری به این امر نمیگردد استفاده از این نوع آشکارسازها مضاف به اینکه حساسیت نسبت به دود را همزمان با ممانعت از ورود غباز به داخل محفظه کم میکند و تنها در آتش سوزیهای وسیع قابل استفاده است توصیه نمی گردد.
طراحی این سامانه ها از NFPA 76 و EN54-20 تبعیت مینماید. شرح جزئیات این کدها بسیار طولانیست ولی نکات اصلی که در این مجال کوتاه میتوان به آنها اشاره نمود عبارتند از:
- جنس لوله بکار گرفته شده برای انتقال هوا از محل تحت پوشش تا دستگاه باید مقاومت فیزیکی لازم در مقابل ضربات مکانیکی را داشته و مطابق استانداردEN 61386-1 to at least Class 1131 از جنس مقاوم در مقابل آتش و دارای برچسب “لوله نمونه گیر سامانه مکشی” باشند. این برچسب یا باید بر روی طول لوله به فواصل 1.5 متر با خط و رنگ قابل دید از فاصله 5 متری چاپ شده باشد و یا بصورت تابلو در محلهای عبور لوله ها نصب گردد. اتصالات بکار گرفته شده مثل سه راهی و زانوها و رابطها همگی باید دارای مشخصات ذکر شده در استاندارد ذکر شده باشند.
- نقاط نمونه برداری در مسیر لوله ها باید با برچسب قابل دید مشخص شوند. در صورتیکه مخلهای نمونه برداری در محل سوراخکاری میشوند سوراخکاری باید توسط مته های بیرون کش پلیسه ها صورت گرفته و در انتها مسیر توسط مکنده مناسب از وجود هرگونه پلیسه و غبار پاک شود.
- همانگونه که میدانید هوا در مسیر حرکت خود توسط نقاط مختلف نمونه برداری رقیق میشود لذا حداکثر طول لوله باید به اندازه ای باشد تا فاصله زمانی اعلام حریق توسط تابلو مرکزی در آخرین نقطه نمونه برداری یا انتهای مسیر لوله انتقال هوا از 120 ثانیه تجاوز نکند.
- میزان جریان هوا باید مانیتور شود. یعنی شکستگی یا انسداد لوله ها باید توسط آشکارساز به عنوان خطا اعلام گردد. به منظور تست و اطمینان از این موضوع باید مطابق استاندارد 20 درصد نقاط نمونه گیر در مسیر لوله توسط چسب موقتاٌ مسدود شوند تا تست انسداد انجام گیرد و یا یکی از اتصالات در میانه مسیر موقتاٌ قطع شود تا تست پارگی لوله ها محقق گردد.
فصل دوازدهم
فصل قبل در ادامه بررسی لایه درونی دوم کره F&G و در بحث آشکارسازها به دتکتورهای مکشی پرداختیم که نا تمام ماند. لذا در تعقیب توضیحات آورده شده جهت پرهیز از ایجاد وقفه و احتمال اینکه بعضی از دوستان مطلب قبلی را مطالعه نفرموده اند از توضیحات مربوط به کدهای استاندارد مربوط به این نوع آشکارسازی آغاز میکنیم .
شرح جزئیات این کدها بسیار طولانیست ولی نکات اصلی که در این مجال کوتاه میتوان به آنها اشاره نمود عبارتند از:
- جنس لوله بکار گرفته شده برای انتقال هوا از محل تحت پوشش تا دستگاه باید مقاومت فیزیکی لازم در مقابل ضربات مکانیکی را داشته و مطابق استانداردEN 61386-1 to at least Class 1131 از جنس مقاوم در مقابل آتش و دارای برچسب “لوله نمونه گیر سامانه مکشی” باشند. این برچسب یا باید بر روی طول لوله به فواصل 1.5 متر با خط و رنگ قابل دید از فاصله 5 متری چاپ شده باشد و یا بصورت تابلو در محلهای عبور لوله ها نصب گردد. اتصالات بکار گرفته شده مثل سه راهی و زانوها و رابطها همگی باید دارای مشخصات ذکر شده در استاندارد EN 61386-1 باشند.
- نقاط نمونه برداری در مسیر لوله ها باید با برچسب قابل دید مشخص شوند. در صورتیکه مخلهای نمونه برداری در محل سوراخکاری میشوند سوراخکاری باید توسط مته های بیرون کش پلیسه ها صورت گرفته و در انتها مسیر توسط مکنده مناسب از وجود هرگونه پلیسه و غبار پاک شود.
- همانگونه که میدانید دود در مسیر حرکت از آخر لوله بسمت آشکارساز توسط نقاط مختلف نمونه بردار که قبل از آن قرار دارند مرتبا رقیق میشود لذا حداکثر طول لوله باید به اندازه ای باشد تا فاصله زمانی اعلام حریق توسط تابلو مرکزی در آخرین نقطه نمونه برداری یا انتهای مسیر لوله انتقال هوا از 120 ثانیه تجاوز نکند.
- میزان جریان هوا باید مانیتور شود. یعنی شکستگی یا انسداد لوله ها باید توسط آشکارساز به عنوان خطا اعلام گردد. به منظور تست و اطمینان از این موضوع باید مطابق استاندارد 20 درصد نقاط نمونه گیر در مسیر لوله توسط چسب موقتاٌ مسدود شوند تا تست انسداد انجام گیرد. اخبار بروز خطا باید حداکثر ظرف مدت 5 دقیقه توسط دستگاه کزارش شود. جهت تست پارگی لوله ها نیز باید یکی از اتصالات در میانه مسیر موقتاٌ قطع شود تا تست پارگی لوله ها محقق گردد. تمامی اتصالات
- تمامی قطعات و تجهیزات داخل آشکارساز باید تست استقامت در مقابل فشارهای فیزیکی و شوک لرزشی و شوکهای الکتریکی استاتیک و دینامیک را مطابق دستورالعمل EN54-20 گذرانده باشند.
- دستورالعمل های زاه اندازی و راهبری بصورت کتابچه باید همراه دستگاه به مشتری ارائه شود.
- نرم افزار سامانه باید ساختار مدولار داشته و به طریقی طراحی شده باشد که بتواند تمامی خطاهای متصور در خلال کارکرد عادی سامانه را گزارش نماید. این نرم افزار باید حداقل دارای سه سطح دسترسی با کد چهار رقمی جهت هر کدام از سطوح تنظیمی باشد تا از دسترسی افراد غیر مسئول به تنظیمات احتراز شود.
- کلیه قطعات و محفظه دستگاه مکشی میباید در مقابل زنگ زدگی و سولفور شدن مقاوم باشند. تست مصونیت باید توسط یک موسسه قابل اعتماد و بر اساس استاندارد EN 60068-2-42, Test Kc مورد آزمون و گواهی شود. شرایط محیطی و زمان تست بصورت زیر است :
The following conditioning shall be applied:
Temperature: (25 ± 2) °C,
Relative humidity: (93 ± 3) % (no condensation),
SO2 concentration: (25 ± 5) ppm (by volume),
Duration: 21 days
- خروجیهای لازم جهت اتصال مستقیم به سامانه اعلام حریق و اتصال به آژیر محلی در سامانه تعبیه شده باشد.
- فن سامانه در مواردی که آشکارساز کلاسهای A & B را پشتیبانی می کند قابلیت تنظیم از طریق نرم افزار را داشته باشد. تنظیمات باید در محدوده تعریف شده استاندارد در هر یک از گروهها باشد و در خارج آن میسر نباشد تا ناقض آن نشود.
- بر روی پنل بیرونی دستگاه در صورت عدم وجود منحنی بالا رونده نمایش میزان غلظت دود چراغهای نمایش چهار حالت یا چهار آستانه دود تعبیه شده باشد. Alert, Action, Fire-1, Fire-2
- منبع تغذیه آشکارساز باید مشخصات الزام آور EN54-4 را دارا باشد و نواقص احتمالی آن توسط سامانه نمایش داده شود.
- بر روی پلاک دستگاه علاوه بر مشخصات عمومی کلاس کارکرد و توانائی دستگاه در بکارگیری در کلاس قید شده باید بر روی پلاک دستگاه حک شود. کلاسهای استاندارد عبارتند از A,B,C که تعیین کننده دامنه حساسیت سنجش دود توسط دستگاه است. بسیاری از آشکارسازهای مکشی که قیمت ارزان دارند تنها در کلاس C تعریف میشوند و توانائی بکارگیری در حساسیتهای پائین تر را ندارند. میزان حساسیت سنجش دود در کلاسهای سه گانه مطابق استاندارد EN54-20 بصورت زیر:
همانگونه که از جدول فوق بر می آید حساسترین گروه A میباشد که کوچکترین ذرات دود را کشف و گزارش مینماید.
Summary of End-of-Test obscuration (m) values for the test fires (units dB m-1)
سئوا لی که همواره توسط دوستان مطرح میشود درک واحد اندازه گیری میزان غلظت دود بر متر یا تیرگی هوا بر متر OBSCURATION/M است . باید عرض شود این یک واحد مقایسه ای همانند میزان دید چشم انسان است که نسبت پایه آن در شرایط مکانی مختلف است ولی بعنوان مثال فرض کنید در تهران چنانچه در شرایط ایده آل پاکیزگی هوا قرار داشته باشیم باید بتوانیم از توچال با چشم غیر مسلح 10/10 برج میلاد را روئیت کنیم. در این حال میزان غلظت دود بر متر صفر خواهد بود. حال هرچه آلودگی بیشتر شود این مقدار بیشتر خواهد بود. معمولا میزان آلودگی دود را بر حسب درصد بیان میکنند. توانائی تشخیص دود آشکارسازهای رادیو اکتیو Ionization برابر 2.6–5.0% obs/m (0.8–1.5% obs/ft) نوع فتوالکتریک برابر 6.5–13.0% obs/m (2–4% obs/ft) وبرای اسپرتینگ مقدار آن برابر 0.005–20.5% obs/m (0.0015–6.25% obs/ft) است ( اگر در هر سه کلاس A,B,C قرار داشته باشد) پس مشاهده میفرمائید که میزان حساسیت آشکارسازهای مکشی بسیار بالاتر از آشکارسازهای معمولی است (حدود 1700 برابر)
برگردیم به جدول حساسیت ها همانگونه که در جدول مشاهده میشود در ستون آخر جدول به نوع تست آشکارساز اشاره شده که ممکن است مورد سئوال قرار گیرد. این ستون مخصوص شرایط تست است که در صورت نیاز دوستان میتوانند آنرا در استاندارد EN5420 مطالعه نمایند اما به عنوان مثال TF-2 قرار دادن 10 تکه چوب خشک با ابعاد 75×25×20 میلی متر و بر روی یک اجاق الکتریکی با قدرت یک کیلو وات در شرایط آب و هوائی استاندارد است.
- تست حساسیت متناسب با کلاس تعریف شده باید بعد از استقرار دستگاه در محل انجام شود. به کلاسهای تعریف شده استاندارد قبلا اشاره شده است. این تست به RTV= Response Threshold Value معرف است و چون آشکارسازهای متنوعی در بازار موجود است بهتر است این تست با دستورالعمل صادر شده توسط کارخانه سازنده انجام شود. در عین حال این تست نباید ناقض کدهای اشاره شده در استاندارد EN5420 باشد.
در عمل به هنگام نصب رعایت نکات زیر توصیه میگردد:
رعایت حداکثر طول لوله ها و تعداد خمها و سه راهه ها و تعداد سوراخهای مکش بسیار مهم است. هر چه طول لوله بیشتر باشد افت و باید متناسب با توصیه کارخانه سازنده انتخاب شود. معمولا کارخانجات تولید کننده دستگاههای حداکثر طول لوله و تعداد سوراخهای مجاز را متناسب با قدرت فن استفاده شده در دستگاه توصیه مینمایند. در دستگاههای مکشی ارزانتر طول لوله و تعداد سوراخها محدود است و فقط در گروه حساسیتی C کار میکنند .
در مسیر لوله و در محل ورودی لوله ها به دستگاه باید شیر کنترل با ورودی اضافی جهت تست پارگی لوله و یک صافی مخصوص میکرونی ( بین 30-40um ) قرار داده میشود که بصورت U قبل از ورود لوله به دستگاه نصب میگردد.
- مشخصات کلی یک دستگاه مکشی استاندارد با توانائی کار در تمامی کلاسهای A,B,C در پائین آمده است
فصل سیزدهم
آشکارسازهای حرارتی نقطه ای
آشکارسازهای حرارتی مورد استفاده در جهان به جندین دسته تقسیم میشوند که ساده ترین و قدیمی ترین آنها نوع بی متالی یا جیوه ای است. این سنسورهای حرارتی هنوز هم در برخی از صنایع مورد مصرف قرار میگیرند. اساس کار آنها انبساط طولی یا حجمی در مقابل افزایش حرارت محیطی است.
این سنسورها علیرغم سادگی هنوز هم گزینه خوبی هستند برای منطقی که دارای پتانسیل انفجاری هستند. در مواردی که منطقه نصب دارای شرایط محیطی رطوبتی باشد. مثل تاسیسات ساحلی یا دریائی جنس این سنسورها باید استنلس استیل باشد. نوع متداول این سنسورها یصورت میله ای ساخته میشود که در شکل بالا نمایش داده شده است.
در سامانه های اعلام حریق معمولی آشکارسازهای حرارتی بصورت سقفی و در سه نوع کلی ساخته میشوند که عبارتند از :
نوع حرارت ثابت Fixed Temperature که مطابق استاندارد در چند کلاس کاری ساخته میشوند. این کلاسها در جدول زیر آمده اند:
همانگونهه که از جدول بر می آید هشت نوع کلاس حرارتی استاندارد وجود دارد که بر اساس حداقل و حداکثر محیط بکارگیری آشکارساز و آستانه شروع به کار و حد نهائی پاسخ به تغیرات حرارتی تعریف شده اند. BS EN54-5:2001/EN54-5: 2002 بعنوان مثال کلاس A مناسب نصب در محیطهائی است که تغیرات حرارتی محیط نصب بین 25 درجه سانتیگراد و 50 درجه سانتی گراد باشد و آستانه شروع به پاسخ آن 54 درجه و حد پاسخ نهائی 65 درجه باشد. (اکثر آشکارسازهای مورد استفاده در محیطهای تجاری و مسکونی در این کلاس قرار دارند). حال فرض کنید آشکار نوع حرارتی را در محیطی مثل یک تاسیسات صنعتی که در آن از کوره های الغائی متعدد استفاده میشود نصب کنید در این صورت شما ناچارید آشکارسازی را انتخاب کنید که با محیط گفته شده سازگار باشد. پس لازم است متناسب با دمای محیط از کلاسهای پائین تر استفاده کنید. در غیر این صورت آشکارساز مرتبا پیام کاذب خواهد داد. بدیهیست همانگونه که قبلا مکررا اشاره شده در صورتیکه محیط نصب دارای رطوبت نسبی زیاد یا بخارات اسیدی و عیره باشد لازم است علاوه بر انتخاب مناسب کلاس حرارتی جنس بدنه آشکارسار نیز از نوع مناسب این محلها استفاده شود.
در ردیف آخر جدول جمله ای آمده که اشاره به پسوند اضافی S یا R به همراه همراه کلاسهای کاری دلرد. مثلا کلاس A1s یا A1r این دو پسوند نمایشگر قابلیت نصب این آشکارسازها در محیطهای خاص است. این محیطها دارای پتانسل بخصوص هستند بدین معنی که حداقل دمای محیطی در این محلها میتواند بسرعت تغییر یابد. اگر این پسوند S باشد معنی آن این است که حداکثر دمای محیطی بالاتر از حد استاندارد است بنابر این از این آشکارساز میتوان در محیطهائی که بطور معمول تغیرات دما بسمت بالا دارند مثل اطاقهای بویلر Boiler Room استفاده کرد. در صورتیکه پسوند R باشد برعکس قبل قابل استفاده در محلهائی خواهد بود که حداقل دمای محیطی میتواند پائین تر از حد استاندارد باشد مثل اطاقهای سرما ساز Chiller Room یا سردخانه ها .
در نوع عکس العمل ناگهانی این آشکارسازها Rate of rise Heat Detectors تغییرات دما مورد آزمون قرار میگیرد. این تغییرات چنانچه در کمینه 6.8 و در بیشینه 8.3 درجه بر دقیقه باشد. آشکارساز بکار خواهد افتاد. یعنی اگر حرارت محیط به دلیل آتش سوزی در عرض یک ذقیقه به 7 درجه بالاتر از دمای معمول خود برسد آشکارساز فعال خواهد شد. معمولا هر دو نوع آشکارسازی به همراه هم ساخته و تحت نام آشکارساز مختلط حرارتی به بازار عرضه میشوند. بدین صورت در وقوع آتش سوزی چه تغییرات ناگهانی دما در محیط صورت گیرد (انفجار ناگهانی) و یا بتدریج حرارت به حد تعیین شده برسد آشکارساز فعال خواهد شد.
آشکارسازهای حرارتی نوع خطی LHDC
این نوع آشکارساز حرارتی در محل هائی که نیاز به محافظت طولی دارند ( مثل تونلهای تاسیساتی , سینیهای کابل , ترانسفورماتوهای برق و مخازن ذخیره سوخت یا مواد آتش گیر) در مسیر کشیده میشوند و تمام فاصله طولی مسیر را مورد حفاظت قرار میدهند. از طریق یک سد کننده الکترونیک Barrier این نوع آشکارساز را میتوان در مناطق انفجاری نیز بکار گرفت. نقطه قابل اهمیت اینست که این نوع کابلها نباید مستقیما با محل نصب در تماس باشند تا تبادل حرارتی صورت نگیرد. معمولا متناسب با محل نصب اتصالات عایقی خاصی برای نصب آنها تهیه و عرضه میگردد. در شکل زیر نمونه ای از این نوع اتصال نمایش داده شده است
آشکارسازهای حرارتی کابل خطی Linear در انواع مختلفی تولید و به بازار عرضه میشوند که در اینجا سعی خواهیم نمود تا آنجا که مجال باشد به شرح این آشکارسازها و نحوه عملکرد آنها بپردازیم.
متداول ترین این نوع آشکارساز ها Linear Heat Detector cables است که به اختصار LHDC نامیده میشود. همین نوع متداول نیز در دو کلاس آنالوگ و دیجیتال عرضه میشود.
نوع آنالوگ آن که در شکل بالا نمایش داده شده یک کابل هم محور با هادی مسی است که با یک پوشش از جنس پولیمر سبک حساس در مقابل حرارت احاطه شده است این عایق پولیمری دارای روکش محافظ شیلد بافته شده آلومینیومی است که خود نیز نهایتا با عایق PVC پوشانده شده است. این نوع کابل حرارتی همانگونه که از نامش پیداست اطلاعات را بصورت آنالوگ ارسال مینامید. به تفسیر دیگر تغیرات ولتاژ ناشی از تغیرات حرارت محیطی به یک مرکز کنترل اعمال میگردد. پس بخمین دلیل طول کابل و در واقع مقاومت مسی کابل در قضیه دخالت دارد و لذا محدودیت طول در میان خواهد بود. این محدودیت طول بنابر منخنی پاسخ کابل سنسور تعیین و در زمان اجرای کار با تنظیم مرکز کنترل اعمال میگردد. در شکل بعد نمونه تنظیمات مربوط به یک کارخانه سازنده این نوع کابل آمده است. همانگونه که مشاهده میشود دو مولفه در این تنظیم تاثیر میگذارد یکی حداکثر دمای محیطی که در منحنی پائینی آمده است و دیگری طول آشکارسازی کابل که از منحنی بالائی قابل استخراج است. در مثال نمایش داده شده به فرض 500 متر طول کابل میزان تحمل دمای محیطی درصورتیکه دامنه ولتاژ 3 ولت باشد ( منحنی آبی رنگ ) 46 درجه است. این بدین معنی است که تا این درجه حرارت کابل در وضعیت پایدار قرار دارد. در همین وضعیت طول کابلی که باید در معرض حریق قرار گیرد تا واکنش مناسب از کابل بعمل آید 5 متر است (باز هم منحنی آبی رنگ 3v ) با این وصف کابل در 70 درجه سانتی گراد بروز حریق را اعلام مینماید.
مزیت نوع آنالوک کابل حرارتی در این است که به سوختن بخشی از کابل که تحت تاثیر حریق بوده سایر طول کابل همچنان قابل استفاده است بدون اینکه بخش یاد شده جدا گردد. همچنین این نوع کابل را میتوان جهت محیطهای مختلف در درجه حرارتهای متفاوت با تنظیم کنترل کننده و نمایشگر آن استفاده نمود. کارخانجات سارنده کنترل کننده هاتی مختلفی با کاربرد متفاوت عرضه مینمایند.
نوع دیجیتال این کابلها از دو هادی روکش شده با مواد پولیمر سبک حساس در مقابل حرارت تشکیل شده که در یک غلاف PVC قرار دارند. در برخی موارد روکش کابل میتواند بصورت فنری باشد تا استقامت کششی بیشتری را دارا باشد .
با وقوع آتش سوزی پولیمر هادی شده و هادیها را بهم متصل مینماید. در واقع همانند یک سوئیچ عمل مینماید و میتوان آنها را مستقیما به تابلو متعارف اعلام حریق متصل نمود. در این نوع کابلها محدودیت طولی وجود ندارد و تا 15 کیلومتر قابل استفاده هستند. بعد از وقوع آتش سوزی کابل در حالت اتصال کوتاه باقی میماند و قابل استفاده نیست. جهت استفاده مجدد لازم آن قسمت از کابل را که در معرض آتش سوزی بوده قطع و تکه سالمی بجای آن قرار داد. این کابلها با حساسیت 68 یا 70درجه , 90 درجه , 105 درجه و 120 درجه قابل سفارش هستند.
. با استفاده از نوع دیجیتال مرکز نمایش دیجیتاال میتوان مسافت تقریبی ابتدای کابل تا محل آتش سوزی را مشاهده نمود. جهت مانیتورینگ خط یک مقاومت انتهائی که در جعبه مخصوصی قرار گرفته استفاده میشود. این جعبه چنانچه در زون قابل انفجار قرار گرفته باشد باید شرایط لازم را داشته باشد. در غیر این صورت متناسب با محل نصب میباید IP44 و بالاتر باشد.
اینک به نوع دیگری ااز آشکارسازهای حرارتی میپردازیم که بسیار پیشرفته است و حساسیت بی نظیری دارد. این نوع آشکارساز بر خلاف انواع اشاره شده قبلی کاملا قابل برنامه ریزی و تنظیم است . این نوع آشکارساز اخیرا توسط یک کمپانی مختلط آلمانی سوئیسی به بازار عرضه شده و از فن آوری بالائی برخوردار است. نام این آشکارساز را تیوپی حرارتی خطی هوشمند Intelligent Tube Linear Heat Detector گذاشته اند. این آشکارساز در واقع یک مسیر حداکثر 100 متری لوله مسی یا گالوانیزه 6 میلیمتریست که در مسیر ناحیه تحت حفاظت کشیده میشود. انتهای این لوله بوسیله یک درپوش خاص بسته است و در درون لوله فقط هواست که بوسیله یک پمپ مینیاتوری بسیار حساس مرتباٍ فشار داخل آن مورد آزمون قرار میگیرد. کوچکترین تغییرات رخ داده در فشار ناشی از افزایش حرارتی هوای مجاور لوله گزارش میشود. این آشکارساز میتواند در دمای -40° تا 120° مورد استفاده قرار گیرد. پس ملاحظه میفرمائید که دامنه کار این آشکارساز بسیار وسیع است. از طرفی چون هیچ وسیله الکتریکی و الکترونیکی در محل تحت پوشش قرار نمی گیرد این آشکارساز نهترین وسیله جهت مناطق انفجاری و تاسیسات صنعتی است. این آشکارساز میتواند در کلاسهای استاندارد حرارت نهائی ثابت Fixed Temp. یا تغییرات ناگهانی با هر دمائی در دامنه تعریف شده خود بکار گرفته شود. بعنوان مثال میتوان حداکثر دمای کار نهائی آن را 30 درجه تنظیم نمود و دامنه تغییرات ناگهانی آن را 4 درجه قرارداد. وضعیت عملکردی هرکدام از حالات حرارت ثابت و تغیرات ناگهانی جداگانه گزارش میشود. (جراغ LED جداگانه دارند)
این آشکالرسازها را میتوان بصورت شبکه RS485 در آورد که فاصله هر کدام از یکدیگر میتواند 1200 متر باشد. بااستفاده از یک نرم افزار ویژه میتوان تغیرات حرارتی را بصورت گرافیکی بر روی صفحه نمایش کامپیوتر مشاهده نمود و بوسیله همین نرم افزار از طریق کامپیوتر تنظیمات لازمه را نیز اعمال نمود.
موارد استفاده کاربردی این آشکارسازها بیشتر در حفاظت داخلی مخازن با سقف شناور و ثابت , سالنهای رنگ , ترانفورماتوهای برق , تونلهای ترافیکی و ریلی و تاسیساتی , انبارهای مواد شیمیائی و پروسس کارخانجات صنعتی است.