Automatyzacja suszarni zbożowej łączy zagadnienia transportu materiałów sypkich, sterowania spalaniem lub podgrzanym powietrzem oraz praktyk elektrycznych dotyczących pyłów palnych. Typowa suszarnia średniej wielkości wraz z układem transportowym obejmuje od osiemdziesięciu do dwustu punktów wejść/wyjść PLC po uwzględnieniu poziomu w zasobnikach, temperatury, wilgotności, monitorów obrotów, sygnałów zwrotnych silników, siłowników przepustnic i urządzeń operatorskich. Zbyt mały budżet I/O wymusza późne zmiany w szafie; zbyt duży, bez określonej filozofii doboru czujników, marnuje pieniądze, a mimo to pozostawia luki w zakresie stref zagrożonych. W tym artykule przedstawiono praktyczną metodę doboru liczby punktów I/O i czujników, zgodną z wymaganiami dotyczącymi pyłów klasy II, działu 1 lub 2, grupy G, określonymi w normie NFPA 61 oraz zasadach instalacji NEC.

Do często stosowanych metod ochrony należą obudowy pyłoszczelne przeciwwybuchowe (DIP), bariery iskrobezpieczne (IS) dla czujników o niskiej energii oraz obwody nieiskrzące (NI), jeśli pozwala na to klasyfikacja działu. Sam sterownik PLC zwykle znajduje się w czystym pomieszczeniu elektrycznym lub w pomieszczeniu ogólnego przeznaczenia, natomiast urządzenia obiektowe i lokalne stanowiska sterowania muszą mieć odpowiednią klasę działu. Nigdy nie zakładaj, że standardowy czujnik indukcyjny 24 V DC jest dopuszczalny na zapylonej antresoli bez sprawdzenia rysunku klasyfikacji strefy.

Zestaw czujników do suszarni

Wykrywanie poziomu zazwyczaj łączy technologie punktowe i ciągłe. Sygnalizatory pojemnościowe lub łopatkowe zapewniają blokadę przy wysokim poziomie w zasobnikach buforowych i sekcjach suszarni. Radar z falą prowadzaną (GWR) dostarcza ciągły pomiar poziomu tam, gdzie stan zapasów i automatyczna logika napełniania wymagają wartości analogowej. Przełączniki obrotów lub zerowej prędkości na podnośnikach i przenośnikach powinny być bezpieczne w stanie uszkodzenia i normalnie zamknięte, aby przerwanie przewodu było interpretowane jako zatrzymanie wału. Pętle pomiaru temperatury wykorzystują termopary lub czujniki RTD w strefach grzania i w komorze powietrznej; pomiar wilgotności jest zwykle realizowany przez specjalistyczny czujnik z wyjściem 4–20 mA, podłączony do modułu wejść analogowych. Każdy z tych wyborów wpływa na typ wymaganych modułów I/O: dyskretne DC, termoparowe, RTD lub analogowe prądowe.

Silniki wymagają uwzględnienia czegoś więcej niż tylko pojedynczego polecenia pracy. Należy przewidzieć wejścia dyskretne dla sygnału zwrotnego ze styku pomocniczego stycznika, zadziałania zabezpieczenia przeciążeniowego oraz potwierdzenia zerowej prędkości lub ruchu na podstawie enkodera, gdy ryzyko zanieczyszczenia krzyżowego lub pożaru wymaga potwierdzenia przepływu. Jeśli zastosowano napędy VFD, należy zdecydować, czy informacja o prędkości będzie przekazywana przez progi dyskretne, wyjścia analogowe czy status sieciowy — i wyraźnie uwzględnić te punkty w zestawieniu.

Napięcie wyjść dyskretnych i rezerwa pojemności

Cewki styczników w obiektach zbożowych często mają napięcie 120 V AC, ponieważ odpowiada ono napięciu stosowanemu w istniejących centrach sterowania silnikami. Przekaźniki pośredniczące umożliwiają wówczas wykorzystanie przez PLC kart wyjść 120 V AC albo wyjść 24 V DC sterujących cewkami przekaźników. Wyjścia 24 V DC upraszczają standaryzację szafy i zmniejszają zagrożenie porażeniem wewnątrz szaf PLC, ale wymagają odpowiedniego doboru przekaźników i układów tłumienia przepięć. Należy udokumentować wybór raz w standardzie zakładowym i nie mieszać przypadkowo napięć cewek na tej samej listwie zaciskowej.

Praktyczną zasadą po wykonaniu pierwszego rzetelnego zestawienia jest pozostawienie od piętnastu do dwudziestu procent wolnej pojemności I/O. Rezerwa powinna być dostępna dla każdego rzeczywiście używanego typu modułu — nie tylko dla stojaków z wejściami dyskretnymi — ponieważ dodanie później pętli pomiaru wilgotności nie pomoże, jeśli wszystkie kanały analogowe są już zajęte. Przy rozbudowie sekcji suszarni należy pozostawić wolne gniazda lub zarezerwować miejsce w obudowie.

Planowanie HMI i etapy doboru

Planowanie HMI należy uwzględnić w oszacowaniu I/O, ponieważ każdy analogowy i krytyczny punkt dyskretny wymaga alarmowania, rejestracji trendów i prezentacji przyczyny pierwszego zadziałania. Operatorzy suszarni potrzebują przejrzystych widoków stref: wilgotności na wlocie, wilgotności na wylocie, temperatury w komorze powietrznej, potwierdzenia pracy wentylatora oraz statusu wysokiego poziomu w zasobniku. Należy tworzyć ekrany urządzeń, które wyraźnie odróżniają bity błędu czujnika od blokad procesowych, aby awaria GWR nie wyglądała jak pusty zasobnik.

1. Wymień urządzenia mechaniczne i przypisz funkcje pomiarowe na podstawie powyższej tabeli.
2. Zastosuj klasyfikację strefy i odpowiednio dobierz urządzenia DIP, IS lub NI.
3. Policz kanały DI/DO/AI/AO/TC/RTD, a następnie dodaj 15–20% rezerwy dla każdego typu.
4. Wybierz strategię napięcia wyjść DO (bezpośrednie 120 V AC lub 24 V DC z przekaźnikami pośredniczącymi).
5. Określ tagi HMI, trendy i alarmy pierwszego zadziałania dla każdego czujnika istotnego z punktu widzenia bezpieczeństwa.

Zestawienie I/O i audyt czujników w strefie zapylonej

Do typowych problemów należy zaliczyć uwzględnianie wyłącznie silników i pomijanie analogowych pomiarów poziomu oraz wilgotności, stosowanie przełączników zerowej prędkości N.O., które ukrywają przerwane przewody, montowanie czujników bez odpowiednich dopuszczeń w strefach pyłowych klasy II oraz pomijanie rezerwy kanałów analogowych. Często pomija się również prawidłowe uziemienie ekranów obwodów 4–20 mA czujników wilgotności i GWR, co powoduje zakłóceniowe zadziałania, które operatorzy zaczynają obchodzić.

Rzetelne zestawienie, właściwy dobór urządzeń do stref zagrożonych oraz rezerwa pojemności pozwalają stworzyć układy sterowania suszarnią, które poradzą sobie z rozbudową w sezonie zbiorów. Warto ustandaryzować platformę PLC i utrzymywać na stanie kompatybilne moduły I/O PLC i sterowników, aby przestoje w sezonie zbiorów liczyły się w godzinach, a nie w czasie oczekiwania na zamienniki różnych producentów.