اختارت شركة كاواساكي للصناعات الثقيلة شركة ABB لتوريد نظام التحكم والسلامة لمحطة كاواساكي لاستقبال الهيدروجين السائل (LH2)، التي يجري تطويرها في أوغيشِيما بالقرب من طوكيو. ويرتكز نطاق الأتمتة المخطط له على ABB Ability System 800xA، وسيدمج التحكم في العمليات والسلامة والبيانات التشغيلية عبر أنشطة تسييل الهيدروجين وتخزينه وتحميله وتفريغه بحريًا وتزويد الغاز وتحميل الشاحنات.

تطوّر شركة Japan Suiso Energy المحطة ضمن برنامج تجاري تدعمه منظمة تطوير الطاقة الجديدة والتكنولوجيا الصناعية في اليابان. وتشمل الخطط المنشورة خزانًا لتخزين الهيدروجين السائل بسعة 50,000 متر مكعب، ومعدات مناولة الشحنات البحرية، ومرافق التسييل، والبنية التحتية لتزويد غاز الهيدروجين، ومرافق تحميل الشاحنات. بدأ البناء في عام 2025، ومن المتوقع أن يستمر البرنامج التجريبي حتى السنة المالية 2030.

بيئة تحكم مشتركة محور أساسي في المشروع

يشمل نطاق ABB نظامًا مزودًا بأجهزة سلامة بمستوى SIL 3، ووحدات تحكم زائدة عن الحاجة، وبنية خوادم زائدة عن الحاجة. ويمكن لبيئة التحكم المشتركة أن تمنح المشغلين رؤية موحدة لحالة الخزان، وتسلسلات النقل، وأنظمة المرافق، والإنذارات، وإيقافات الرحلة، وتوافر المعدات. ولا تقتصر الفائدة على توحيد المظهر المرئي. إذ يمكن للطوابع الزمنية المتكاملة، والتعامل المنسق مع الإنذارات، وسجلات الهندسة المشتركة أن تقصر المسافة بين ظهور مؤشر غير طبيعي واتخاذ قرار تشغيلي آمن.

يفرض الهيدروجين السائل ظروفًا تشغيلية صعبة. إذ يُخزَّن عند درجة حرارة تقارب 253 درجة مئوية تحت الصفر، ولذلك يجب أن تتحمل أجهزة القياس والمواد والعزل ومعدات النقل درجات الحرارة المبردة للغاية. ويمكن للكميات الصغيرة من الحرارة الداخلة أن تزيد من التبخر. كما أن نطاق قابلية الهيدروجين للاشتعال الواسع وطاقة الاشتعال المنخفضة يجعلان اكتشاف التسرب والتهوية وتصميم المناطق الخطرة والتحكم في مصادر الاشتعال أمورًا أساسية. ويجب أن تدعم الأتمتة وسائل الحماية الهندسية هذه من دون أن تتحول إلى نقطة فشل واحدة.

للقراء الذين يقيّمون التوجه الأوسع لشركة ABB في مجال التحكم، يقدم تقرير PLC ProTech حول تحديث أنظمة التحكم الموزعة والتكامل الرقمي لدى ABB سياقًا مفيدًا حول فصل الشركة بين التحكم الحتمي والتحليلات ذات المستوى الأعلى.

يبدأ التحكم في التخزين بقياسات موثوقة

يتطلب خزان بسعة 50,000 متر مكعب قياسات متنوعة وطبقات حماية مستقلة. ويسهم كل من المستوى والضغط وتوزيع درجات الحرارة وتدفق الغاز المتبخر ووضع الصمامات ومراقبة الاحتواء في تكوين صورة التشغيل. وتزيد الخدمة المبردة للغاية من تعقيد اختيار المستشعرات وترتيبات خطوط القياس، بينما يمكن للكثافة والتطبّق أن يؤثرا في حسابات المخزون.

ينبغي للمهندسين التمييز بين قياسات التحكم وقياسات الإيقاف المستقلة عندما يتطلب تحليل المخاطر الفصل بينهما. وقد يكون من المناسب استخدام منطق التصويت لحماية الضغط أو المستوى الحرجين، لكن التصويت لا يكون مفيدًا إلا عندما تكون للمستشعرات أنماط فشل مستقلة بدرجة كافية. إذ يمكن لخطوط القياس المشتركة أو مصادر الطاقة المشتركة أو التعرض البيئي المتطابق أو خطأ معايرة واحد أن يفشل التكرار الظاهري.

إدارة الغاز المتبخر من دون إخفاء عدم الاستقرار

يؤدي دخول الحرارة الطبيعي إلى توليد غاز متبخر يجب استعادته أو ضغطه أو إعادة تسييله أو توجيهه بأمان وفقًا لتصميم المحطة. وتحتاج حلقات التحكم إلى نطاق كافٍ لإدارة التغيرات المعتادة، في حين تكشف الإنذارات عن تسرب حراري غير طبيعي أو تسرب في الصمامات أو تدهور المعدات. وقد يؤدي الضبط العدواني للتحكم إلى إخفاء مشكلة ناشئة عبر دفع مشغّل آخر إلى العمل بقوة أكبر. ويحتاج المشغلون إلى اتجاهات ومؤشرات أداء تُظهر كلًا من المتغير المتحكم فيه والجهد المطلوب للحفاظ عليه.

يُنشئ النقل البحري حدًا متحركًا

يربط التحميل والتفريغ المحطة الثابتة بسفينة لها أنظمة التحكم والإيقاف في حالات الطوارئ والاتصالات وإجراءات التشغيل الخاصة بها. ولا يمكن بدء النقل لمجرد أن صمامًا مفتوح. فقد تشمل شروط السماح حالة الرصيف، وتأكيد التثبيت، وتوصيل ذراع التحميل، وخمول الخط، وتوازن الضغط، وترتيب الصمامات، وكشف الغاز، والتحقق من الاتصال بين السفينة والشاطئ.

ويجب أن تحدد فلسفة الإيقاف في حالات الطوارئ أي جانب يبدأ الإشارة، وكيفية تبادل الإشارات، والصمامات التي تُغلق، وكيفية إيقاف المضخات، وكيفية التعامل مع السائل المحصور. فقد يؤدي الإغلاق البطيء جدًا إلى إطالة مدة التسرب، بينما قد يؤدي الإغلاق السريع جدًا إلى توليد عابرات هيدروليكية أو ضغطية. ولذلك تحتاج اختبارات السبب والنتيجة إلى سيناريوهات ديناميكية، لا إلى فحوصات نقطة بنقطة فقط.

ويضيف تحميل الشاحنات واجهة أخرى تشمل تعريف المركبة، والتأريض، والتحقق من التوصيل، والكمية المحددة مسبقًا، والحماية من الامتلاء الزائد، وتشابكات منع المغادرة. ويمكن لإدارة هذه العمليات ضمن بيئة 800xA مشتركة أن تحسن ربط الأحداث، لكن ينبغي أن تحتفظ كل ساحة تحميل بالحماية المحلية المناسبة والسلوك الآمن عند الفشل.

يمثل SIL 3 التزامًا طوال دورة الحياة

لا يُنشأ نظام أجهزة سلامة بمستوى SIL 3 بمجرد شراء وحدة تحكم من فئة السلامة. فالهدف ينتج عن تحليل المخاطر وأعمال طبقات الحماية، ثم يعتمد على موثوقية المستشعر ووحدة حل المنطق والعنصر النهائي، وتغطية اختبارات الإثبات، والقدرة التشخيصية، والبنية، وممارسات الإدارة. وتكتسي إدارة التجاوزات، ومدة التجاوز، وسجلات الصيانة، وجودة اختبارات الإثبات أهمية لا تقل عن اعتماد وحدة التحكم.

وتولي خدمة الهيدروجين أهمية خاصة للعناصر النهائية. إذ يجب أن تتحرك صمامات العزل في حالات الطوارئ تحت أسوأ ضغط تفاضلي وظروف بيئية يمكن تصورها. ويمكن لاختبار الشوط الجزئي أن يكشف بعض الأعطال الخطرة من دون إيقاف كامل، لكنه لا يحل محل الاختبار الكامل الدوري. ويجب أن تدخل صمامات الملف اللولبي والمشغلات ومؤشرات الموضع وهواء الأجهزة والكابلات جميعًا في حساب وظيفة السلامة.

ويرتبط بذلك تحليل PLC ProTech حول أسباب فشل برامج سلامة العمليات رغم استكمال قوائم التحقق: إذ لا تكون للوثائق قيمة إلا عندما تحافظ الممارسات الميدانية والكفاءة والانضباط التشغيلي على الحماية المقصودة.

يجب أن يزيل التكرار نقاط الضعف ذات السبب المشترك

لا تزيد وحدات التحكم والخوادم الزائدة عن الحاجة من التوافر إلا إذا عالج التصميم التبعيات المشتركة. فقد تصبح تغذيات الطاقة ومبدلات الشبكة ومصادر الوقت والتبريد وخدمات الأمن السيبراني والوصول الهندسي نقاط فشل مشتركة. وينبغي أن تشمل اختبارات القبول في المصنع والموقع تبديل وحدات التحكم، وفقدان الخادم، وانقطاع مسار الشبكة، وعدم توافق الأجهزة، والاستعادة من تحديث فاشل.

ويحتاج النظام أيضًا إلى استراتيجية واضحة للوضع المتدهور. وينبغي أن يعرف المشغلون الوظائف التي تظل متاحة بعد فقدان خادم أو مسار وحدة تحكم أو جزء من وحدات الإدخال والإخراج البعيدة أو خدمة بيانات خارجية. وقد تكون موجات الإنذارات أثناء التبديل ضارة بقدر فقدان التحكم إذا حجبت الحدث المسبب. وينبغي التحقق من ترشيد الإنذارات، وحوكمة الإخفاء المؤقت، ودقة تسلسل الأحداث قبل بدء نقل الهيدروجين.

ينتمي الأمن السيبراني إلى نقاش السلامة

تتبادل المحطة المتكاملة البيانات مع المحطات الهندسية وأنظمة الصيانة والمؤرخات والتطبيقات التجارية وربما خدمات الدعم عن بُعد. وينبغي أن تفصل مناطق الشبكة بين التحكم الأساسي والسلامة ومعدات الحزم والخدمات الإشرافية وواجهات المؤسسة. ويحتاج الوصول عن بُعد إلى هويات مسماة، ومصادقة متعددة العوامل، ومدة محدودة، وموافقة، وتسجيل. كما ينبغي أن يكون الوصول إلى نظام السلامة أكثر تقييدًا من وصول المراقبة العادي.

ويجب أن تتبع أعمال التصحيح دورة حياة مختبرة. فلا يمكن لمحطة أن تقبل تحديثات تلقائية بأسلوب أنظمة المؤسسات على وحدات التحكم الحرجة، لكن التأجيل إلى أجل غير مسمى يراكم مخاطر التعرض. وتوفر جرد الأصول، وتنبيهات الموردين، والضوابط التعويضية، والنسخ الاحتياطية غير المتصلة، والاختبارات التمثيلية مسارًا عمليًا وسطًا. وتحتاج تهيئة System 800xA وتطبيقات وحدات التحكم ومنطق السلامة والرسومات وقواعد بيانات الإنذارات ومعلمات أنظمة الحزم جميعًا إلى إصدارات مضبوطة ونسخ قابلة للاستعادة.

تقلل الخبرة المكتسبة من كوبي، لكنها لا تلغي مخاطر التوسع

سبق أن زودت ABB أنظمة التحكم والسلامة لمحطة الاستقبال الأصغر Hy touch Kobe، المستخدمة في تجارب شحن الهيدروجين السائل بقيادة كاواساكي. وتكتسب تلك الخبرة التشغيلية قيمة لأنها توفر بيانات حقيقية عن الأحداث، وملاحظات المشغلين، ودروسًا في الصيانة. ومع ذلك، فإن منشأة أوغيشِيما تمثل توسعًا يتضمن مخزونًا وواجهات ومتطلبات تجارية أكبر. وينبغي إعادة استخدام الوحدات المثبتة حيثما يكون ذلك مبررًا، مع إخضاع المخاطر الجديدة الناجمة عن الحجم ومعدل التدفق لتحليل جديد.

وستكون النتيجة الأهم لهذا المشروع نموذج تشغيل قابلًا للتكرار لاستيراد الهيدروجين السائل. ويجب أن تنسق الأتمتة الموثوقة بين التخزين المبرد للغاية والنقل البحري والتوزيع والسلامة والصيانة والبيانات التجارية من دون طمس المسؤولية بينها. ويمنح نطاق ABB المتكامل للتحكم والسلامة شركة كاواساكي منصة متماسكة؛ أما هندسة دورة الحياة المنضبطة فستحدد مدى نجاح تلك المنصة في دعم التشغيل الآمن والمتاح طوال أفق العرض التوضيحي الممتد حتى عام 2030.