Controle e monitoramento de hélio líquido no Deutsches Elektronen-Synchrotron

O Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) é um dos laboratórios líderes mundiais de aceleração de partículas e, com o acelerador linear da XFEL à sua disposição, possui recursos de pesquisa incomparáveis. Nessa instalação, são gerados flashes de luz de raios X, possibilitando a observação de processos no nano cosmos em tempo real. Esses flashes de luz são um bilhão de vezes mais ricos em energia do que as fontes de raios X convencionais e são gerados usando ímãs supercondutores. As temperaturas superbaixas necessárias para operar esses ímãs são obtidas usando hélio líquido. As propriedades de fluxo específicas do hélio superfluido fornecem a capacidade de resfriamento necessária para que o acelerador de partículas da XFEL alcance o desempenho máximo. Esse estado de agregação ocorre a uma temperatura de 2,0 Kelvin. Para produzir hélio superfluido em quantidades suficientes, os operadores do centro de pesquisa do DESY precisavam melhorar o desempenho da instalação criogênica.

A instalação criogênica da XFEL na Europa opera continuamente, 24 horas por dia, 365 dias por ano. Ao aumentar o desempenho do sistema de resfriamento, o nível de disponibilidade de mais de 99% alcançado anteriormente precisava ser mantido, uma vez que qualquer desligamento involuntário resultaria em tempo de inatividade do acelerador de partículas por várias horas. O alto nível de utilização significa que reagendar um experimento científico pode levar vários meses. As consequências disso seriam desastrosas, tanto para os cientistas quanto para a pesquisa em andamento na unidade na Alemanha. Uma avaliação das estatísticas de falhas geradas a partir de anos de operação revelou que a melhoria da disponibilidade do sistema de controle de processos teria um impacto positivo na disponibilidade geral da fábrica.

A instrumentação do processo é conectada ao Sistema de física experimental e controle industrial (EPICS) pela tecnologia de barramento de campo. O operador recebe mensagens operacionais e atualizações de status do sistema pelo EPICS. O Acoplador de segmento 3 (SK3) integra válvulas, transmissores de pressão e transmissores de fluxo, todos equipados com a tecnologia PROFIBUS PA — no Controlador de E/S (IOC) para formar uma rede. Todos os componentes necessários para a automação (o COI, a fonte de alimentação, o SK3 e o cabo de fibra óptica na forma de anel duplo) têm design redundante. A instalação PROFIBUS PA Fieldbus é monitorada continuamente pelo módulo de diagnóstico avançado (ADM) FieldConnex®.

A topologia de tronco e espigão é usada para aplicações PROFIBUS PA: Com essa topologia, os dispositivos de campo são conectados aos protetores de segmento instalados no campo através de espigões curtos. A proteção integrada contra curto-circuitoprotege a comunicação durante as operações normais. Alarmes e mensagens de diagnóstico detalhadas são relatados a um sistema separado por uma conexão PROFIBUS mestre classe II. Os diagnósticos na instrumentação e na própria camada física tornam possível que a equipe de manutenção monitore a fábrica e execute a manutenção conforme a demanda. Isso garante um nível muito alto de disponibilidade do sistema de arrefecimento. A parametrização remota de todos os instrumentos e trabalhos de comissionamento foi particularmente eficaz com custo e equipe mínimos e sob pressão de tempo significativa.

No passado, o uso do PROFIBUS DP para controlar a instalação criogênica do DESY já provou ser benéfico várias vezes. O processo de documentação é completamente simples, por exemplo, usando Excel ou Visio. Atualizando a fábrica com a tecnologia PROFIBUS PA, a instrumentação do processo agora é tão fácil de manusear quanto os controles e compressores do motor. A capacidade de configurar todos os instrumentos remotamente economiza tempo e esforço consideráveis do pessoal ao instalar e colocar a instrumentação em funcionamento. Uma verificação do ADM também mostra que o sistema é robusto e está funcionando sem falhas. Obviamente, o DESY aprecia as excelentes capacidades de diagnóstico do protocolo Fieldbus. Esses recursos de diagnóstico ajudam a rastrear erros do sistema em um estágio inicial e a garantir a máxima disponibilidade da fábrica, permitindo uma abordagem preditiva para a manutenção. Mas o maior benefício para o instituto de pesquisa é, sem dúvida, a confiabilidade do PROFIBUS.

• O Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) conta com a tecnologia PROFIBUS DP e PA
• Os sistemas PROFIBUS PA com os componentes da infraestrutura FieldConnex® oferecem facilidade de uso e confiabilidade impressionantes
• Os recursos de diagnóstico do protocolo fieldbus garantem a disponibilidade máxima da fábrica