SIS Triconex e valvole a solenoide Emerson ASCO: integrazione pratica per i sistemi di arresto di emergenza

Che cos’è una valvola a solenoide in un sistema strumentato di sicurezza?

Una valvola a solenoide (SOV) in un sistema strumentato di sicurezza (SIS) controlla l’alimentazione pneumatica o idraulica delle valvole automatiche di apertura/chiusura e delle valvole di blocco di emergenza (EBV). Quando il PLC di sicurezza rileva una condizione pericolosa, diseccita il solenoide. In questo modo l’attuatore viene sfiatato e la valvola passa nella posizione di sicurezza in caso di guasto. Questo comportamento è chiamato diseccitazione per intervento.

Nella maggior parte degli impianti petroliferi, del gas e chimici, il SIS funziona in modo indipendente dal sistema di controllo di base del processo (BPCS). Il controllore di sicurezza Triconex (di Schneider Electric) e le SOV Emerson ASCO sono combinazioni standard del settore in questa architettura.

Requisiti dettagliati delle SOV per SIS (IEC 61511 / ISA-84)

La norma IEC 61511 stabilisce requisiti rigorosi per le valvole a solenoide dei SIS. Innanzitutto, la SOV deve essere certificata per il livello di integrità della sicurezza (SIL) appropriato. In secondo luogo, la valvola deve essere ad azionamento diretto (con ritorno a molla) per garantire un comportamento sicuro in caso di perdita di alimentazione. In terzo luogo, la probabilità di guasto su richiesta (PFD) deve soddisfare il livello SIL obiettivo.

Per un’applicazione SIL 2, la PFD combinata del trasmettitore, del PLC di sicurezza e della SOV dovrebbe rimanere inferiore a 0,01. Per SIL 3, la PFD obiettivo scende al di sotto di 0,001. Le valvole Emerson ASCO delle serie 8210 e 8260 sono comunemente utilizzate per circuiti SIL 2, se progettate correttamente.

Inoltre, è necessario separare il cablaggio del SIS da quello del BPCS. Utilizzare passerelle portacavi separate. Usare un cavo schermato per il circuito della SOV, così da prevenire disturbi elettrici che potrebbero provocare interventi intempestivi.

Cablaggio e configurazione passo dopo passo

Di seguito è riportata la procedura pratica sul campo per collegare una SOV Emerson ASCO a un modulo di uscita di un controllore Triconex:

• Passo 1 — Identificare il canale di uscita. Individuare il modulo di uscita digitale Triconex. Verificare che il canale sia dimensionato per 24 VDC e che la corrente nominale sia ≥ 500 mA per la bobina ASCO. Il modulo di uscita DO DO3401 Invensys Triconex e il modulo di uscita digitale Triconex 3625 sono soluzioni collaudate per i circuiti SOV dei SIS.
• Passo 2 — Collegare la bobina della SOV. Collegare il conduttore positivo al morsetto positivo del canale DO. Collegare il conduttore negativo alla sbarra di ritorno a 24 VDC. Installare un diodo di ricircolo ai capi dei morsetti della bobina per sopprimere il contraccolpo induttivo.
• Passo 3 — Configurare l’uscita in TriStation 1131. Impostare la modalità di uscita su "Diseccitazione in caso di intervento" per il funzionamento in sicurezza. Programmare il setpoint di intervento nella logica del PLC di sicurezza. Assegnare il canale all’elemento di intervento pertinente (ad esempio, pressione molto alta PSAHH).
• Passo 4 — Aggiungere la ridondanza (votazione 1oo2). Per obiettivi SIL più elevati, utilizzare due SOV in serie (1oo2). Il modulo a doppia uscita Triconex aziona simultaneamente entrambe le bobine. Il guasto in apertura di una delle due SOV provoca un intervento. Il pannello di terminazione DO Triconex 9662-810 supporta il cablaggio a 16 punti e 24 VDC per configurazioni con più SOV.
• Passo 5 — Convalidare il circuito. Eseguire un test di simulazione forzata. Inviare un segnale di intervento dal PLC di sicurezza. Verificare che la SOV si disecciti e che l’EBV si chiuda entro il tempo di arresto di sicurezza (SST) specificato, generalmente ≤ 2 secondi per la protezione dei turbomacchinari.

Come aumentare la durata delle valvole a solenoide dei SIS sul campo

Il guasto delle valvole a solenoide è una delle principali cause di interventi intempestivi nei sistemi strumentati di sicurezza. Un intervento intempestivo costa a una raffineria da 100.000 barili al giorno circa 500.000 $ per evento. Pertanto, prolungare la durata delle SOV migliora direttamente l’affidabilità e la redditività dell’impianto.

Innanzitutto, applicare alla bobina l’85% della tensione nominale anziché la tensione completa. Ciò riduce il riscaldamento della bobina di circa il 28% e raddoppia la durata termica dell’avvolgimento. In secondo luogo, installare la SOV in un luogo in cui la temperatura ambiente rimanga al di sotto di 55 °C. In terzo luogo, utilizzare un’alimentazione filtrata per prevenire picchi di pressione superiori alla pressione nominale della valvola. In quarto luogo, eseguire test di corsa parziale (PST) semestrali sulle EBV per verificare la risposta della valvola senza mettere fuori servizio il circuito.

Risoluzione dei guasti comuni delle SOV nei circuiti SIS Triconex

Quando un PLC di sicurezza attiva un intervento ma la valvola non risponde, i tecnici dovrebbero eseguire i seguenti controlli in sequenza. Innanzitutto, misurare 24 VDC ai morsetti della SOV con un multimetro. Se la tensione è presente, la bobina è interrotta: sostituire la bobina. In secondo luogo, se non compare alcuna tensione, controllare il LED del modulo di uscita Triconex. Un LED verde fisso indica che il modulo è eccitato; un LED ambra indica un guasto sul campo. In terzo luogo, verificare l’integrità del cavo utilizzando un tester di continuità. Un conduttore di drenaggio della schermatura interrotto nel cavo schermato può causare un funzionamento intermittente. In quarto luogo, controllare il comando manuale della SOV. Se il ripristino manuale non è stato riportato in modalità automatica dopo la manutenzione, la valvola non risponderà ai comandi elettrici.

Conclusioni e consigli operativi

L’integrazione delle valvole a solenoide Emerson ASCO con i PLC di sicurezza Triconex costituisce la spina dorsale dei sistemi di arresto di emergenza nei settori di processo. Un cablaggio corretto, la verifica SIL e un programma di manutenzione disciplinato con test di corsa parziale sono requisiti imprescindibili per un funzionamento sicuro e affidabile dell’impianto.

Consiglio operativo: esaminare questa settimana gli attuali schemi di cablaggio delle SOV. Verificare che tutte le valvole a solenoide dei SIS siano collegate a uscite dedicate del PLC di sicurezza. Se una SOV condivide un circuito con il BPCS, avviare immediatamente una richiesta di gestione delle modifiche. Gli interventi intempestivi sono evitabili.