Impianti con strumentazione di sicurezza: come funzionano i sistemi d’automazione fail-safe

Benvenuto in questa lezione, oggi parliamo degli impianti industriali che utilizzano apparecchiature di sicurezza, per garantire non solo l’incolumità di chi lavora sulle linee ma anche la produttività e continuità dei processi.

Argomenti di questa lezione:

La sicurezza negli impianti industriali automatizzati.

Sistemi di sicurezza negli impianti industriali.

Architettura della sicurezza nei processi industriali automatizzati.

Apparecchiature di sicurezza per gli impianti.

Sicurezza e continuità dei processi.

La sicurezza negli impianti industriali automatizzati.

L’automazione industriale è qualcosa di vasto, e tra le varie applicazioni in cui opera. Alcune necessitano di particolari accorgimenti riguardo alla sicurezza, e non solo riguardo al funzionamento degli impianti stessi; soprattutto il sistema di sicurezza deve rendere le lavorazioni sicure per chi opera su di esse.

Tra le aree interessate dall’automazione di sicurezza più a rischio abbiamo quelle dell’industria chimica, farmaceutica, del gas compresso e dell’estrazione; l’unico modo per ridurre a zero i rischi connessi a questi processi sarebbe quello di non utilizzare questi processi.

In altre parole, qualsiasi strategia applichiamo con strumentazione di sicurezza per gli impianti, possiamo ridurre di molto il rischio di incidenti ma non eliminarlo completamente.

Certo non potremmo fare a meno di queste industrie ormai vitali per la vita di tutti i giorni, per cui l’automazione anno dopo anno si sta evolvendo per aumentare il livello di sicurezza degli impianti.

Sistemi di sicurezza negli impianti industriali.

I sistemi di sicurezza (fail safe) che troviamo nell’automazione comprendono apparecchiature elettriche di sicurezza come i moduli di emergenza e per gli interruttori, e architetture complesse che utilizzano PLC e moduli di ingresso e uscita di sicurezza.

Nell’immagine che segue possiamo vedere un modulo sicurezza della PILZ, e un PLC di sicurezza della ABB.

Che ruolo svolgono le apparecchiature di sicurezza nell’automazione? In sostanza questi apparecchi rilevano pericoli (per esempio rilevazione dei gas), generano allarmi, e soprattutto controllano gli attuatori in maniera sicura.

Per esempio, un sistema fail safe prevede che se un teleruttore per motore possa incollarsi (bloccarsi chiuso), l’automazione deve poter intervenire per interrompere il circuito di alimentazione del motore stesso; lo vediamo nella prossima figura.

Architettura della sicurezza nei processi industriali automatizzati.

Possiamo vedere la strategia di sicurezza degli impianti come dei contenitori che contengono altri contenitori, come vediamo nell'immagine che segue.

Come vediamo nell’immagine sopra, sul primo livello troviamo il processo, per cui la stessa progettazione degli impianti deve prevedere un certo grado di sicurezza, per esempio costruendo i macchinari in modo che non rappresentino essi stessi qualcosa di “pericoloso” per chi ci si avvicina.

Dopo il primo livello di sicurezza troviamo i sistemi di controllo di base che possono essere PLC e DCS, questi gestiscono le utenze del processo non di sicurezza.

Nel terzo livello abbiamo il sistema di allarme e reporting e l’intervento dell’operatore sugli impianti, mentre nel livello quattro si posiziona la strumentazione di sicurezza di cui abbiamo già parlato.

Il livello cinque ospita le barriere fisiche oppure i sistemi di sfiato (per esempio di rilascio controllato della pressione), mentre sul sesto livello abbiamo il contenimento fisico, ad esempio gli involucri di protezione per materiale inquinante o edifici di contenimento per gli impianti e le aree a rischio.

I livelli dal sette al nove riguardano più la gestione degli impianti, infatti su questi livelli troviamo i sistemi anti incendio e di rilevazione gas, i protocolli di emergenza della fabbrica, e infine quelli di gestione emergenze della comunità.

Come abbiamo visto, questa architettura a strati permette di avere molti livelli di sicurezza che tutti insieme riducono il rischio.

Sicurezza e continuità dei processi.

Sicuramente il compito principale della strumentazione di sicurezza negli impianti è quello di garantire l’incolumità nostra e degli impianti stessi, ma il ruolo di questi sistemi è anche quello di fornire continuità al processo e migliori performances produttive.

Per questo si possono attuare diverse strategie, una delle quali prevede la ridondanza dei sistemi di controllo e dei sensori.

Nell’immagine che segue vediamo un sistema PLC Siemens S7-1500H in ridondanza, con stazioni di periferia decentrata ET 200SP. Questo sistema prevede che il controllo passi da un PLC all’altro in caso di guasto di uno dei due controllori.

IMPIANTI CON STRUMENTAZIONE DI SICUREZZA