Zabezpieczenie przed pożarem w parku maszynowym wymagało od nas wytężonej pracy, bardzo konkretnego wsparcia merytorycznego klienta i przede wszystkim słuchania jego potrzeb. Wszystko po to, aby klient otrzymał rozwiązanie w 100% odpowiadające jego wymaganiom i w pełni chroniące zarówno urządzenia procesowe, jak i życie oraz zdrowie pracowników.

Wyzwanie

  • Zabezpieczenie parku maszynowego wtryskarek i ekstruderów,
  • Konieczność użycia zautomatyzowanego rozwiązania zintegrowanego z istniejącymi systemami obsługi linii produkcyjnej oraz używanymi zabezpieczeniami,
  • Brak gotowych rozwiązań dostępnych na rynku.

Rozwiązanie

  • Stworzyliśmy indywidualne rozwiązanie,
  • Instalacja spełnia wszystkie wymogi klienta,
  • Automatyczny system gaszenia działa poniżej 1s od wykrycia ryzyka zapłonu.

Ciągła praca nad poprawą bezpieczeństwa

U jednego z wiodących producentów rozwiązań z zakresu przetwórstwa tworzyw sztucznych, bezpieczeństwo ludzi, procesów i technologii zawsze było priorytetem. Ze względu na dynamikę pracy oraz rozwój firmy na bieżąco przeprowadzane są wszelkie modernizacje systemów zgodnie z pojawianiem się nowych potrzeb. Na jedną z nich zwrócił uwagę ubezpieczyciel. Wskazał na przestrzenie, w których można jeszcze skuteczniej przeciwdziałać zagrożeniom pożarowym przez udoskonalenie już istniejących rozwiązań.

Potrzeba: system reagujący natychmiastowo, niezależny od operatora.

Ubezpieczyciel zasugerował możliwość rozwinięcia dotychczasowych systemów detekcji pożaru w obrębie używanych wtryskarek i ekstruderów. W ten oto sposób, poszukując rozwiązania o wysokim stopniu automatyzacji i niezawodności, klient skontaktował się z inżynierami GRUPY WOLFF. Założeniem początkowym była również integracja z systemami automatyki maszyn i istniejącymi systemami DCS i systemem sygnalizacji pożarowej SSP.
W toku rozmów ustaliliśmy kolejną potrzebę inwestora, którą była minimalizacja zaangażowania operatorów w obsługę dostarczanego systemu bezpieczeństwa. Celem minimalizacji udziału człowieka miało być jak najszybsze, niemal błyskawiczne zadziałanie w sytuacjach zagrożenia.

Zagrożenie pożarem, które może zniszczyć maszyny i zakład

Produkcja w zakładach przemysłowych, gdzie wykorzystywane są wtryskarki i ekstrudery, wiąże się z realnym ryzykiem zapłonu – szczególnie w obszarach, w których występują wysokie temperatury, praca pod ciśnieniem i z olejami hydraulicznymi. Ponadto, w przypadku przekroczenia zalecanego zakresu temperaturowego dla tworzywa, może się ono zacząć rozkładać, wydzielając łatwopalne gazy.

W tego typu procesach produkcyjnych możemy więc wyszczególnić kilka rodzajów zagrożeń:

  • Zapalenie się produktu podczas produkcji (ze względu na przegrzanie lub zapłon resztek tworzywa),
  • Rozszczelnienie układu hydraulicznego i wyciek oleju, a w następstwie jego zapłon,
  • Zwarcia i iskrzenia na skutek awarii elektrycznych, wysokich prądów w grzałkach, nieszczelnych przewodów lub uszkodzeń izolacji, co w obecności gazów lub oparów prowadzi do zapłonu.

Zagrożenia te nie powinny być bagatelizowane, ponieważ kiedy staną się przyczyną pożaru, proces gaszenia może być niezwykle trudny, a ogień będzie powodować straty materialne. Przykładowo, jeżeli pożar nie zostanie wykryty wystarczająco szybko, może dojść do mniej lub bardziej permanentnego uszkodzenia wtryskarki lub ekstrudera. W konsekwencji dojdzie do całkowitego zatrzymania prowadzonej na nim produkcji do czasu naprawy lub zakupu nowego urządzenia. W skrajnym przypadku ogień może rozprzestrzenić się także na kolejne maszyny lub na dalsze części hali.

Automatyczne zatrzymanie i dekompresja maszyn w czasie poniżej 1 sekundy od wykrycia ryzyka zapłonu.

To właśnie z wiedzy o istniejących ryzykach i potencjalnych stratach zrodził się pomysł stworzenia systemu, który nie tylko wykryje zagrożenie, ale też zareaguje szybciej niż człowiek – automatycznie zatrzymując i dekompresując maszyny w przypadku wykrycia ryzyka pożaru.
Czas reakcji na powstające zagrożenie musiał więc zostać skrócony do minimum. Dodatkowo, aby ograniczyć rozprzestrzenianie się ognia, konieczne było połączenie czujników z centralą sterującą do systemu sterującego maszyny, która natychmiast po wykryciu zarzewia zatrzyma proces produkcyjny. W związku z tym musieliśmy stworzyć oprogramowanie pozwalające na zintegrowanie centrali z automatyką i sterowaniem maszyn.

Dotychczasowe rozwiązania: klasyczne czujki dymu, które były niewystarczające.

Wtryskarki i ekstrudery, które miały zostać objęte ochroną, pochodziły od kilku producentów. Technologia stosowana do tej pory w zakresie zabezpieczeń ppoż. opierała się głównie na standardowym systemie detekcji całej hali. Firma wiedziała jednak, że klasyczny system detekcji już nie wystarczy – potrzebna była technologia chroniąca indywidualnie każdą z maszyn i reagująca w czasie rzeczywistym i odporna na specyfikę środowiska przemysłowego.

Problem: Brak rozwiązań systemowych na rynku

Niestety obecnie na rynku nie są dostępne gotowe rozwiązania systemowe, które w pełni pokrywałyby tego typu zapotrzebowanie. Nie można więc tak po prostu kupić i zamontować konkretnego systemu bezpieczeństwa. W takiej sytuacji konieczne stało się wyjście inżynierów GRUPY WOLFF poza szablony czy schematy dotychczasowych działań i znanych rozwiązań.

Wieloetapowy proces realizacji.

Proces realizacji był wynikiem bliskiej współpracy naszych inżynierów z zespołem powołanym do tego celu w firmie klienta – od rozmów wstępnych, przez opracowanie koncepcji, testy funkcjonalne, po pełne wdrożenie i konfigurację logiki operacyjno- alarmowej. Naszym celem było nie tylko dostarczenie systemu, ale przede wszystkim zrozumienie pierwotnej potrzeby klienta – by jego linie technologiczne były chronione w sposób inteligentny, szybki i niezawodny.

Etap wstępny: zapoznanie się z kluczowymi wymaganiami inwestora

Zapewnienie systemu działającego zgodnie z przyjętymi założeniami wymagało od naszych inżynierów nie tylko znajomości dostępnych zabezpieczeń, ich ograniczeń w stosowaniu, ale także praktycznego doświadczenia w zabezpieczaniu zakładów przemysłowych, maszyn i linii produkcyjnych przed pożarem. Musiało bowiem pokryć szereg wymienionych niżej praktycznych wymagań inwestora względem dostarczanych systemów bezpieczeństwa.

Wymóg 1: Odporność środowiskowa

Jednym z wymogów, które wskazał inwestor było dostarczenie systemu, który dosłownie przetrwa wszystko. Ze względu na środowisko, w jakim znajdują się maszyny, systemy ochronne muszą spełniać wymagania związane z odpornością na wysoką temperaturę, pyły powstające podczas procesu produkcyjnego lub uszkodzenia i wycieki oleju hydraulicznego.

Wymóg 2: Integracja z istniejącą infrastrukturą bezpieczeństwa (SSP i DCS).

Ze względu na obecność infrastruktury bezpieczeństwa wykorzystywanej przez klienta (w tym SSP oraz DCS) konieczne było również zintegrowanie jej z wdrażanym rozwiązaniem. W ten sposób zabezpieczenie miało nie tylko wykrywać, zatrzymywać i przeprowadzać dekompresję, ale także odpowiednio informować o powstałym zagrożeniu. Zadanie to wymagało więc precyzyjnego programowania i testów.

Wymóg 3: Indywidualna kalibracja systemu pod technologię i system produkcji

Każda branża ma swoją specyfikę, chociażby ze względu na wykorzystywane maszyny i urządzenia. Zakładana integracja musiała też uwzględniać możliwość indywidualnej kalibracji, której parametry odpowiadały używanej przez klienta technologii i systemowi produkcji. Skorelowanie wszystkich elementów nie mogło pozostawiać żadnego marginesu błędu, ponieważ od tego zawsze zależy bezpieczeństwo zakładu oraz pracowników.

Etap koncepcyjny: wspólne analizy ryzyka i identyfikacja punktów krytycznych.

Aby stworzyć rozwiązanie, którego wcześniej nie było na rynku, musieliśmy zacząć od powołania zespołu inżynierów odpowiedzialnych za projekt całej instalacji. Zespół składał się ze specjalistów Grupy Wolff, których zadaniem był dobór zabezpieczeń przeciwpożarowych oraz wybranych pracowników naszego klienta, dokładnie znających mechanikę maszyn oraz technologii wykorzystywanych na terenie zakładu. Dzięki wiedzy przekazanej nam przez nich mogliśmy zrozumieć, jak działa linia produkcyjna oraz jakie są najistotniejsze potrzeby klienta.
Kluczowe było także wskazanie punktów krytycznych, w których istnieje największe zagrożenie, aby móc odpowiednio dobrać techniczne środki ochrony. Tak stworzyliśmy koncepcję opartą na specjalistycznym systemie detekcji pirometrycznej wraz z indywidualnie napisanym oprogramowaniem. Koncepcję tę przedstawiliśmy wówczas inwestorowi oraz jego ubezpieczycielowi do procesu akceptacji.

Dobór kluczowej technologii

Indywidualnie dobrany system detekcji pirometrycznej – monitorowanie temperatury w czasie rzeczywistym.

Elementem odpowiadającym za wykrycie wzrastającej temperatury lub zarzewia ognia stał się indywidualnie dobrany, specjalistyczny system detekcji pirometrycznej. Jego stała praca pozwala kontrolować temperaturę maszyn oraz linii produkcyjnych. Dzięki temu system może zostać aktywowany już na bardzo wczesnym etapie powstawania zagrożenia.

Adresowalny system sygnalizacji pożarowej

Aby połączyć czujniki z istniejącymi systemami sygnalizacji i wymogiem kontroli automatycznego zatrzymania urządzenia, konieczne było znalezienie odpowiedniej centrali sterującej. Musiała być na tyle elastyczna, żeby w jednym urządzeniu umożliwiała konfigurację sprzętu, błyskawiczne zadziałanie, dobór odpowiednich funkcji, i skalowalność działań na przyszłość.

Integracja poprzez moduły wejść/wyjść do systemów nadrzędnych (zatrzymujących).

Dzięki odpowiednio dobranym układom mogliśmy połączyć systemy detekcji z systemami sterowania i systemami alarmowymi. Użycie tych modułów pozwoliło zaimplementować przygotowane dedykowane oprogramowanie.

Automatyczne sterowanie procedurą zatrzymania i dekompresji wtryskarek

Aby wzrastające w urządzeniu ciśnienie nie rozerwało elementów maszyn, wymagane było również zapewnienie integracji systemów dekompresji. Dobór sposobów umożliwiających dekompresję uzależniony był od rodzaju maszyny, jej parametrów technicznych oraz zaleceń producenta. Dekompresja według wymogu inwestora musiała następować od razu po zatrzymaniu urządzenia, co również wymagało odpowiedniego zaprogramowania automatyzacji dla każdego modelu używanej wtryskarki.

Etap realizacyjny: Połączenie technologii w spójną całość

Projektowanie czujników do specyfiki procesów cieplnych

W przypadku tworzyw sztucznych i technologii ich formowania wykorzystuje się obróbkę termiczną. Znajomość różnic w temperaturach poszczególnych procesów pozwoliła na zaprogramowanie dobranych czujników tak, aby wykrywały zmiany, a w szczególności wzrosty temperatur charakterystyczne dla tworzącego się pożaru.

Na miejscu testowaliśmy także odpowiednie ustawienie detektorów, aby zaprojektować optymalną lokalizację ich montażu. Był to etap szczególnie krytyczny, ponieważ uwzględniając różnice w budowie poszczególnych modeli wtryskarek, konieczne było takie ustawienie poszczególnych elementów systemu detekcji, aby monitorowały one wyznaczone obszary, a jednocześnie nie zaburzały pracy okolicznych maszyn.

W kolejnym kroku wpięliśmy zastosowaną detekcję do dobranej centrali sygnalizacji pożarowej. W jednym miejscu połączyliśmy tym samym każdy punkt monitorujący, co pozwoliło nam na ujednolicenie sterowania. Zapewniliśmy tym samym komunikację w pętli dozorowej oraz pełną integrację alarmów z systemem nadrzędnym. Dzięki temu każdy sygnał o nieprawidłowości – od przegrzewania grzałek po wykrycie płomienia – natychmiast trafia zarówno do służb technicznych, jak i do systemu zarządzania bezpieczeństwem zakładu.

Programowanie logiki sterowania i testy czasów reakcji < 1 s.

Jak już wspominaliśmy, dostarczony system został indywidualnie stworzony na potrzeby klienta. Wyzwaniem, przed którym stanęliśmy, było więc perfekcyjne zgranie wszystkich elementów składowych.

W związku z tym na bieżąco kalibrowaliśmy oprogramowanie i detektory, tak żeby zebrać dane o standardowych zakresach temperatur i odchyleniach – dla każdej maszyny indywidualnie. Naszym celem było uzyskanie jak najkrótszego czasu reakcji czujników, które przekażą informację do centrali, aby ta automatycznie zatrzymała toczący się proces i aktywowała dekompresję maszyny.

Integracja z automatyką maszyny

Ostatnim etapem była integracja z automatyką chronionych wtryskarek. Dzięki współpracy z inżynierami i specjalistami pracującymi w zakładzie inwestora sprawnie udało się przeprowadzić ten proces w stworzonym ku temu celu oprogramowaniu.

Kluczowym etapem były testy, podczas których zdecydowaliśmy się na działanie w trybie bez alarmowym. W czasie jego trwania mogliśmy wprowadzić ostateczną kalibrację, aby przy wdrożeniu produkcyjnym uniknąć fałszywych alarmów lub błędnych odczytów.

Po zakończeniu testów udało się system zaprojektować tak, by w czasie poniżej jednej sekundy uruchomić procedurę zatrzymania i dekompresji urządzenia – jeszcze zanim zdąży rozwinąć się pożar.

Wdrożenie, szkolenie służb technicznych, wsparcie powdrożeniowe

Po wszystkich wprowadzonych zmianach pozostało jedynie przeszkolić pracowników zakładu. W tym celu przygotowaliśmy odpowiednie szkolenie i pokazaliśmy jak skutecznie współdziałać z tą innowacyjną technologią. Takie wsparcie powdrożeniowe pozwoliło zapoznać się pracownikom ze specyfiką funkcjonowania nowego systemu oraz zmianami koniecznymi do zastosowania w działaniach porządkowych czy też konserwacyjnych.

Osiągnięte rezultaty

Dziś w zakładzie naszego klienta działa zintegrowany system ochrony, który nie tylko reaguje automatycznie, ale też stale analizuje parametry pracy, minimalizując ryzyko przestojów i szkód. Jest to projekt, który pokazuje, że bezpieczeństwo i technologia mogą iść w parze, a automatyzacja może nie tylko zwiększać efektywność, ale także chronić to, co najcenniejsze: ludzi, procesy i technologię.

System reagujący natychmiastowo – zatrzymanie i dekompresja w <1 s.

System okazał się skuteczny nie tylko w czasie testów, ale także na chronionych maszynach.

Pełna integracja alarmowa (SSP + DCS)

Aby zachować jeden spójny system, cała instalacja została zintegrowana, by łączyć detekcję i alarmowanie ze sterowaniem, co ułatwiło obsługę linii produkcyjnych.

Integracja systemu z automatyką maszyny

Odpowiednia integracja pozwoliła na automatyczne zatrzymanie procesu, co zapobiega rozprzestrzenianiu się ognia.

Większe bezpieczeństwo ludzi, sprzętu i procesów.

Skuteczność oraz szybkość działania systemu zapobiegają powstawaniu i rozprzestrzenianiu się ognia, zwiększając tym samym poziom bezpieczeństwa.

Możliwość dalszej rozbudowy o systemy gaśnicze

Zastosowanie centrali sterującej zabezpieczeniami ppoż. pozwoliło nie tylko połączyć ze sobą wszystkie kluczowe elementy instalacji, ale daje także możliwość dalszej rozbudowy o kolejne systemy gaśnicze.

Redukcja ryzyka przestojów i kosztów awaryjnych.

Wczesne wykrycie, automatyczne zatrzymanie maszyn oraz ich dekompresja pozwoliło zredukować ryzyko przestojów spowodowane uszkodzeniem wtryskarki lub ekstrudera.