‫בקרה בתנאי קיצון !‬ ‫כך עושים זאת נכון בתעשייה ובעולם המים והביוב‬ ‫כתב‪ :‬אינג' צור סגל ‪ ,‬מנהל מחלקת בקרה ‪ ,‬סימנס ישראל‬ ‫ת‬ ‫כנון מתקני בקרה והתאמתם לעבודה מאומצת‬ ‫בתנאי קיצוניים חשוב מאוד ואינו מסובך או כרוך‬ ‫במאמץ תכנוני מיוחד‪ .‬התעשייה בישראל ומתכנני‬ ‫בקרה מבינים שסוף מעשה במחשבה תחילה‪ .‬תכנון‬ ‫מתאים יאפשר אמינות לאורך שנים וחיסכון ישיר‬ ‫בהוצאות ההקמה והתחזוקה‪ .‬מאמר זה יתאר את‬ ‫החשיבה והתכנון של מערך בקרה אשר יתאים כמו‬ ‫"כפפה ליד" לתנאי הקיצון שתוארו‪ .‬לפיכך גם שם‬ ‫המאמר‪ :‬כך עושים זאת נכון! בסיום הקריאה ניתן יהיה‬ ‫להסיק מסקנות ברורות בעת תכנון מתקני בקרה‬ ‫לסביבות עבודה קיצוניות‪.‬‬ ‫הקדמה‬ ‫רוב יישומי הבקרה והאוטומציה בתעשייה מותקנים‬ ‫ופועלים ברצפת הייצור או בסביבה הקרובה ביותר‬ ‫אליה‪ .‬הסביבה התעשייתית דורשת מצד אחד אמינות ‪,‬‬ ‫מהירות‪ ,‬פשטות וידידותיות‪ .‬מן הצד השני סביבת‬ ‫העבודה בהן נמצאות מערכות הבקרה אינה "ידידותית"‬ ‫כלל וכלל‪ ,‬אינה אידיאלית ומציגה אתגרים לא‬ ‫סטנדרטיים לציוד הבקרה ‪ ,‬התקשורת ‪ ,‬פנלי התצוגה‬ ‫ומערך ה‪ SCADA -‬המפעלי‪ .‬עמידות בלחות‪ ,‬קורוזיה‪,‬‬ ‫אבק‪ ,‬מים או טמפרטורות קיצון הן רק דוגמאות‬ ‫בסיסיות‪ .‬עמידות בסביבה מוגנת פיצוץ או עמידה‬ ‫ברעידות הן דוגמאות מורכבות קצת יותר‪.‬‬ ‫יישומי בקרת טלמטריה‪ ,‬לא בתעשייה‪ ,‬מציגים גם הם‬ ‫"רף גבוה" הכולל את אותם דרישות ייחודיות‪ .‬דוגמאות שכאלה נוכל למצוא‬ ‫למכביר במכוני הביוב‪ ,‬מכוני טיהור השפכים‪ ,‬קידוחי מים‪ ,‬תחנות בוסטר ובריכות‪,‬‬ ‫מערכות ניטור אוויר ‪ ,‬גזים ומגוון יישומי הטלמטריה‪.‬‬ ‫יישומים אלו לרוב מותקנים "בר בשטח"‪ ,‬פועלים ללא השגחה או מפעילים ‪,‬‬ ‫חשופים לתנאי מזג האוויר‪ ,‬גזי פליטה מן התהליך‪ ,‬קורוזיה וחומרים מאכלים‬ ‫אחרים‪.‬‬ ‫ביישומים המיוחדים שתוארו ‪ ,‬הציוד הסטנדרטי אותו כולנו מכירים אינו מתאים‪.‬‬ ‫המסקנה המתבקשת היא שיש להתאים את מערכות הבקרה בצורה פרטנית לקו‬ ‫הייצור או המתקן בהתאם לסביבת העבודה בשטח‪.‬‬ ‫ההתאמה נדרשת בכל רמות הפתרון‪:‬‬ ‫ בקרים מתוכנתים‬‫ בקרה מבוזרת‪ :‬כרטיסי ‪I/O‬‬‫ רשתות תקשורת‬‫ פנלי תצוגה למפעיל‬‫ מתגים תעשייתיים קוויים ואלחוטיים‬‫ שרתים ו‪SCADA -‬‬‫‪ -‬מחשבי תפעול‬ ‫הגדרת תנאי קיצון‬ ‫מהם תנאי קיצון ? איך נזהה יישום הפועל בתנאי "קשים"?‬ ‫תנאי קיצון ביישומים תעשייתיים יכולים להיות אחד או כל שילוב המתואר‪:‬‬ ‫עבודה בטמפרטורות קיצוניות ‪:‬‬ ‫‪-40/25°C to +60/70°C‬‬ ‫עבודה בתנאי לחות גבוהים‪ ,‬עיבוי‪.‬‬ ‫רכיבי בקרה לתעשייה מיועדים להתקנה בחדרים סגורים או ארונות ממוזגים‪,‬‬ ‫מאווררים ומחוממים ‪ ,‬אשר מספקים סביבת עבודה יציבה יחסית למניעת רטיבות‬ ‫או עיבוי‪ .‬גם אם נראה לכאורה שרכיבי הבקרה מיועדים להפעלה בטמפרטורות‬ ‫נמוכות אין זה אומר שהם יכולים לתפקד מחוץ לאזורים ממוזגים מאחר והתאמה‬ ‫לתחום טמפרטורה מסוים והתאמה לרטיבות ולחות אינם אותו הדבר‪.‬‬ ‫ציוד סטנדרטי פועל עד טמפרטורה של ‪ 50‬מעלות‪ .‬ציוד לתנאי קיצון פועל עד ‪70‬‬ ‫מעלות ובלחות יחסית של עד ‪) 98%‬במקום ‪.(95%‬‬ ‫דרישה לרמת הגנה גבוהה לאבק ‪ ,‬מים‪ ,‬שמנים‪,‬‬ ‫דלקים‪ ,‬אלכוהול‪ ,‬חומרי סיכה ועוד‬ ‫אבק‪ ,‬לכלוך ומים יכול לסכן לא רק את הבטיחות‬ ‫המבצעית במפעל‪.‬‬ ‫לעתים קרובות שאריות חומרים ‪ ,‬כתוצאה מחוסר ניקיון מספיק‪ ,‬בשילוב עם‬ ‫כימיקלים מתאימים מסוגל לגרום לתופעות לוואי לא "חביבות" בכלל‪.‬‬ ‫התקן שכושל טרם זמנו ‪ ,‬והחייב בהחלפה בחדש או תיקון‪ ,‬הוא רק דוגמה נפוצה‬ ‫אחת לבחירת ציוד ללא מקדם ההגנה המתאים עבורו‪.‬‬ ‫דוגמה נפלאה להגנה אופטימאלית הוא ה‪SIPLUS Posmo A ruggedized -‬‬ ‫‪ .positioning motors‬המוצרים עמידים לשמן‪ ,‬גריז‪ ,‬מלח ים‪ ,‬דלק‪ ,‬אלכוהול על כל‬ ‫סוגיו כולל כל המנקים המיועדים למכונות הדפסה‪ ,‬נוזלי קירור וחומרי סיכה‪ .‬לכן‬ ‫ניתן להיעזר בהם בכל אפליקציה הדורשת מענה לתנאי קיצון תוקפים ‪ ,‬בתעשיית‬ ‫האוטומציה וגם בתעשייה התהליכית ‪.‬‬ ‫ככלל‪ ,‬רכיבי בקרה המתאימים לתנאי קיצון הינם אלו המסומנים כ‪ ,PRO -‬קיצור‬ ‫המילה ‪ . PROTECTED‬ה‪ ET200Pro -‬של חברת ‪ Siemens‬הוא דוגמה מצוינת‬ ‫ליחידת בקרה מרוחקת ‪ ,‬לרבות כרטיסי ‪ ,I/O‬המאפשרים עמידות של ‪. IP67‬‬ ‫ציוד סטנדרטי עומד בהגנה של ‪ . IP20‬ציוד המתאים לעבודה בתנאי קיצון מתחיל‬ ‫ברמת הגנה ‪ IP65‬ועד לרמת הגנה ‪ .IP67‬מבחינת עמידות לחומרים‪ ,‬ציוד‬ ‫המתאים לעבודה בתנאי קיצון עמיד בחומרי ניקוי‪ ,‬חול ואבק קורוזיבי‪.‬‬ ‫עמידות בפליטות גזים‬ ‫זיהום אוויר קיצוני נמצא בדרך כלל בתעשיית‬ ‫הכימיקלים ‪ .‬לדוגמה‪ ,‬חומצה כלורית וגופרתי‬ ‫נמצאים בתעשיית מחזור הנייר או במכוני טיפול בשפכים‪ .‬הסכנה אורבת בכל‬ ‫מקום בו נעשה שימוש בבקרה מבוזרת ‪ . Distributed I/O ,‬קורוזיה איטית יכולה‬ ‫לפגוע במתקנים ובציוד ולגרור תקלות "לא ידועות" ‪ ,‬לנפילות המתקן ללא הסבר‬ ‫ברור או הגיוני‪ .‬ההגנה המתאימה שמהווה פתרון הוא ה‪, Conformal coating -‬‬ ‫שהינו כיסוי ייחודי והגנה למעגל האלקטרוני המודפס ולרכיבים שמורכבים עליו‪.‬‬ ‫ציוד סטנדרטי מספק הגנה לגזים בסיסיים‪CS2, H2S, H2SO4, SO2 :‬‬ ‫ציוד המתאים לתנאי קיצון מספק הגנה לגזים נוספים‪.‬‬ ‫שינויים במתחים השונים מהסטנדרט‬ ‫מתחי האספקה משתנים בהתאם לסטנדרט בכל מדינה‪.‬‬ ‫שנויים בלתי צפויים באספקת המתחים הינם פועל יוצא‬ ‫מקונספט אספקת החשמל במתקן‪ .‬מתחי יתר‪ ,‬הלמים ‪ ,‬הרמוניות ורעשים הם רק‬ ‫חלק מהתופעות ויש לתכנן כיצד המתקן יעמוד ויפעל בתנאים שכאלה‪ ,‬ללא פגיעה‬ ‫בתפעול ובכושר הייצור‪.‬‬ ‫בנושא הזנת הכוח‪ ,‬ובמקרים בהם אספקת החשמל אינה סדירה או בעלת‬ ‫הסתברות גבוהה לאי סדירות‪ ,‬בהחלט יש לשקול אספקת ספקי כוח עם יחידת‬ ‫מצבר מובנית‪ .‬יחידה שכזו מסוג ‪ DC UPS‬מהווה מקר מתח גיבוי למקרים של‬ ‫נפילת אספקת החשמל ומסננת רעשים או נפילות חשמל רגעיות במערך הבקרה‪.‬‬ ‫עמידות ברעידות – יישומי רכבות ותחבורה‬ ‫הגנה מיוחדת נדרשת ביישומי תחבורה ‪ ,‬דהיינו מערכות‬ ‫בקרה ו‪ HMI -‬המותקנות על משאיות‪ ,‬אוטובוסים ורכבות‪.‬‬ ‫תקן ‪ EN50155‬מספק את המענה לאפליקציות מיוחדות‬ ‫שכאלה ודן במתחי יתר‪ ,‬רעידות ועוד‪.‬‬ ‫ציוד סטנדרטי יעמוד בתקני‪ . ATEX , FM ,CE :‬ציוד המותאם לתנאי קיצון יעמוד‬ ‫בתקן ‪ , EN50155‬בתקן ‪ TUV‬או בתקני מספנות‪.‬‬ ‫מהתיאוריה אל המעשה‬ ‫תכנון מערכות בקרה מפעליות חייב לכלול שלושה מהלכים‪:‬‬ ‫ אפיון הסביבה התעשייתית במפעל – תהליך אפיון זה יכלול הגדרה ברורה‬‫של תנאי הקיצון ברחבי המפעל ‪ /‬המתקן ‪ .‬בפועל במפעל יהיו מספר‬ ‫סביבות עבודה שונות‪ .‬סביבת חדר הבקרה יהיה שונה מסביבת קו הייצור‬ ‫או חדרי התקשורת‪ ,‬סביבת נקודות הבקרה המבוזרות במפעל יהיו שונות‬ ‫מחדר לוח הבקר הראשי ‪ ,‬בקר התהליך או הבקר המפעלי‪.‬‬ ‫תהליך האפיון חייב להתחשב בכל שרשרת הייצור במפעל ‪Production ,‬‬ ‫‪ ,workflow‬החל בלוגיסטיקה של קבלת חומרי גלם ‪ ,‬בחינת סביבות‬ ‫העבודה בתהליך הייצור המרכזי ובכל תהליכי הייצור המשניים ועד לסביבת‬ ‫מחסן אספקת התוצרים מהמפעל‪ ,‬מעבדת הבדיקות בקו הייצור ועוד‪.‬‬ ‫בנוסף ‪ ,‬תהליך האפיון חייב להתחשב בפיתוח עתידי ובשינויים בסביבת‬ ‫העבודה כתוצאה מהגדלת כושר ייצור או הרחבת פעילות עתידית‪.‬‬ ‫הנקודה החשובה ביותר היא בהיבט של ‪ . Production life cycle‬כיצד‬ ‫תיראה סביבת העבודה לאורך השנים הבאות!‬ ‫בקרה ישירה באזורים מוגני פיצוץ ‪EX‬‬ ‫ בחירת ציודים ומערכות – ללא פשרות ‪ ,‬אשר יתאימו לעבודה ממושכת‬‫בכל סביבה שאופיינה‪ .‬בחירת ציודים נכונה עבור מפעל שעובד בתנאי קיצון‪,‬‬ ‫תוביל לחיסכון ישיר בהוצאות התחזוקה לאורך כל השנים‪.‬‬ ‫נכון להיום‪ ,‬לשנת ‪ ,2009‬היצע המוצרים והפרוטפוליו הינם מגוונים‬ ‫ומתאימים לכל סביבה שתוארה‪ .‬ציודי בקרה כדוגמת ‪ SIPLUS‬של חברת‬ ‫‪ Siemens‬מהווים פתרון מקיף ומושלם לכל תחום הבקרה ‪ ,‬החל מבקר‬ ‫קטן כדוגמת !‪ SIPLUS LOGO‬או ‪ SIPLUS S7-200‬המתאימים ל‪-‬‬ ‫‪ Nano Automation‬או ‪ MICRO AUTOMATION‬בהתאמה‪ ,‬ועד לבקר‬ ‫‪ SIPLUS S7-400‬של ‪ Siemens‬המתאים לבקרת תהליך‪.‬‬ ‫חשוב לבחור ציוד על בסיס של תוכנת הנדסה ידועה ומוכרת ‪ ,‬ולא על בסיס‬ ‫"ידע אישי"‪ .‬תוכנות הנדסה‪ ,‬כדוגמת הקונפיגורטור של חברת ‪, Siemens‬‬ ‫מאפשר בחירה מושכלת ‪ ,‬יעילה ומתועדת המתאימה לכל סביבה‪ ,‬לרבות‬ ‫סביבה נפיצה )‪ ( ET200Isp‬או הגנה ‪ ( ET200pro) IP67‬או סביבה‬ ‫בטוחה )‪.( SAFETY‬‬ ‫תוכנת ההנדסה מתייחסת גם לשאר מרכיבי המערכת ‪ :‬פנלי תצוגה‪ ,‬רשת‬ ‫תקשורת בטוחה ואמינה‪ ,‬פיזור חום‪ ,‬התקנה אופקית או אנכית בלוח ועוד‪.‬‬ ‫חשוב לזכור כי יש לשים דגש על בחירת מערך כבילה מתאים לכל סביבה‬ ‫ייחודית ‪ ,‬כאשר הדגש הוא על כבילת רשתות תקשורת ‪ ,‬בהתאם להמלצות‬ ‫יצרן הציוד‪ .‬אם ליצרן הציוד אין הגדרות כבילה מתאימות‪ ,‬או לחילופין אינו‬ ‫מוכר אותם או אחראי עליהם ‪ ,‬זוהי נקודה למחשבה ולמשנה זהירות‪.‬‬ ‫בקרה עם הגנה ‪ IP67‬ו‪SAFETY -‬‬ ‫ שילוב מערכות וציודים – כך שמערך הבקרה המפעלי הכולל יכיל פתרונות‬‫הגנה שונים ‪ ,‬שיספקו מענה מקיף לאורך שנים‪.‬‬ ‫השילוב יכול בהחלט להכיל מערכות ‪ SAFETY‬בצד מערכות מוגנות פיצוץ ‪,‬‬ ‫בצד מערכות בקרה סטנדרטיות ביתירות ‪ ,‬בצד מערכות תקשורת‬ ‫‪ ETHERNET‬תעשייתיות ‪ ,IP67‬וציודי בקרה תעשייתית מבוזרת ‪. IP67‬‬ ‫בשלב זה של התכנון יש להקפיד כי ציוד הבקרה שנבחר בפועל עומד‬ ‫בתקינה ובסביבה הנדרשת‪ .‬כל פתרון אחר ‪ ,‬אינו אמין דיו ואינו צריך לבוא‬ ‫בחשבון‪.‬‬ ‫לצורך ההמחשה נבחן שני יישומים אופייניים‪:‬‬ ‫יישום מערכות מוגנות פיצוץ בתעשייה‪ :‬רוב היישומים עושה שימוש בבקר‬ ‫סטנדרטי ‪ ,‬המרוחק מאזור הבקרה‪ ,‬מותקנים בו רכיבי בידוד לרוב וכבילה‬ ‫בהיקפים כספיים משמעותיים מאחר וההתקנה נעשית מרוחקת מהשטח‪.‬‬ ‫מנגד‪ ,‬בחירת בקר או כרטיסי בקרה מדגם ‪ Isp‬מאפשר התקנה ישירה בלב‬ ‫האזור המוגן פיצוץ‪ .‬חיסכון ישיר בהקמה ‪ :‬חיסכון בכבילה‪ ,‬חיסכון במובילים‬ ‫ותשתיות‪ ,‬חיסכון בארונות וחדרי בקרה מרוחקים מהאתר‪,Barriers ,‬‬ ‫חיסכון בתחזוקה על פני השנים ועוד‪.‬‬ ‫יישום מערכות מוגנות מים ואבק בתעשייה‪ :‬רוב היישומים עושה שימוש‬ ‫בבקר סטנדרטי המותקן בארון חשמל ובקרה ‪ .‬את ההגנה למים ואבק‬ ‫מספק ארון החשמל ולא הציוד!‪ .‬כעת נחשוב בהיבט של ‪Production life‬‬ ‫‪ .cycle‬מתי דלת הארון תיסגר פרוביזורית ולא תינעל ? מתי המנעול יישבר‬ ‫ושוב הארון לא יהיה אטום ומוגן? בארונות הפזורים "בר בשטח" ‪ :‬מתי יופיע‬ ‫הכיפוף הראשון והוונדליזם הראשון לארון? ומי יתקן אותו בזמן?‬ ‫בחירת ציוד בקרה מוגן יאפשר תמיד את המשך העבודה לאורך שנים‬ ‫ויחסוך הוצאות ישירות לתחזוקה ‪ ,‬תיקונים והחלפה בחדש‪ .‬בקר או כרטיסי‬ ‫‪ I/O‬העומדים בהגנה של ‪ IP67‬מספקים מענה מיידי להנ"ל‪.‬‬ ‫בהיבט של ‪ Production life cycle‬תוספת המחיר לציודים הנ"ל בחלוקה‬ ‫על פני ‪ 15‬או ‪ 20‬שנות חיי המערכת הוא בטל בשישים‪.‬‬ ‫סיכום‬ ‫במאמר זה סקרתי את תנאי הקיצון ליישומי בקרה‪ .‬ברור כי יש לנפץ "טאבו"‬ ‫האומר שכל יישום בקרה ניתן לבצע בצורה מיטבית עם בקר מתכנת‬ ‫סטנדרטי‪ .‬המאמר מציג שאין כך הדבר‪ .‬אפיון ‪ ,‬תכנון ושילוב של כל‬ ‫הטכנולוגיות גם יחד הוא המאפשר ליישם מערכת בקרה מפעלית בצורה‬ ‫מיטבית ‪ ,‬לאורך שנים ‪ ,‬עם חיסכון ישיר בהוצאות התפעול‪ ,‬התחזוקה‬ ‫המונעת ותחזוקת השבר‪.‬‬ ‫התעשייה מאז ומתמיד הוקמה ופעלה בתנאי עבודה קיצוניים ‪ ,‬הטכנולוגיה‬ ‫היא שהתפתחה לאט‪ .‬כיום‪ ,‬אין סיבה לוותר ולקבל את הטוב ביותר‪ .‬ומי‬ ‫כמונו יודע מה הוא הטוב ביותר? ובכן התשובה היא ברורה‪:‬‬ ‫הטוב ביותר הוא שילוב של כל הטכנולוגיות‪ ,‬של כל רמות ההגנה‪ ,‬כמכלול‬ ‫אחוד בפתרון הבקרה למפעל המודרני ‪ .‬רק כך יפעל המתקן בצורה מיטבית‬ ‫לאורך שנים‪ ,‬לא יקטן כושר הייצור עם השנים והתחזוקה תהייה פשוטה‬ ‫והכי חשוב‪ ,‬בטוחה‪.‬‬ ‫יצרן ציוד שמכבד את עצמו קיימים שני פתרונות בקרה ‪ :‬סטנדרטית וכזו‬ ‫המתאימה לעבודה בתנאי קיצון‪ .‬מעבר לכך‪ ,‬יצרן מתקדם מספק פתרון‬ ‫לתנאי הקיצון לכל תחום הפעילות ולכל פרוטפוליו המוצרים‪ :‬בקרים‬ ‫מתוכנתים‪ ,‬בקרה מבוזרת‪ ,‬ספקי כוח‪ ,‬פנלים‪ ,‬רכיבי התקשורת‪ ,‬ווסתי‬ ‫מהירות‪ .‬שאלו את ספק הבקרה שלכם איזה פתרונות הוא מחזיק על‬ ‫המדף? שאלו את ספק הבקרה שלכם האם לכל בקר יש בקר תואם העובד‬ ‫בתנאי קיצון? שאלו את ספק הבקרה שלכם עם איזה תוכנות הנדסה ניתן‬ ‫ליישם ולאפיין את תנאי הקיצון? בחרו ליישומים "קשים" רק פתרונות מדף‬ ‫המתאימים לסביבת העבודה הטבעית‪.‬‬