Řízení a sledování kapalného hélia ve společnosti Deutsches Elektronen-Synchrotron

Společnost Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) je jednou z předních světových laboratoří pro urychlování částic a díky lineárnímu urychlovači XFEL se může pochlubit bezkonkurenčními výzkumnými možnostmi. V tomto zařízení jsou generovány rentgenové záblesky, které umožňují pozorovat procesy v nanokosmu v reálném čase. Tyto záblesky mají miliardkrát větší energii, než jakou poskytují konvenční zdroje rentgenového záření a jsou generovány pomocí supravodivých magnetů. K dosahování mimořádně nízkých teplot, které jsou potřebné pro provoz těchto magnetů, je používáno kapalné helium. Specifické průtokové vlastnosti supratekutého helia poskytují schopnost chlazení, kterou vyžaduje urychlovač částic XFEL k dosahování špičkového výkonu. Tento agregační stav nastane při teplotě 2,0 Kelvinu. K výrobě supratekutého helia v​dostatečném množství potřebovali pracovníci výzkumného centra společnosti DESY lineárně zvýšit výkon kryogenního zařízení.

Kryogenní zařízení evropského urychlovače XFEL je provozováno nepřetržitě 24 hodin denně, 365 dní v roce. Při lineárním zvyšování výkonu chladicího systému bylo nutné zachovat více než 99% úroveň dostupnosti dosahovanou v minulosti, protože jakékoli neúmyslné zastavení by vedlo k přerušení provozu urychlovače částic na několik hodin. Vzhledem k vysoké míře využívání by přeplánování vědeckého experimentu trvalo několik měsíců. Následky by byly katastrofální, jak pro vědce, tak pro výzkum probíhající na tomto pracovišti v Německu. Vyhodnocení statistických údajů o poruchách získaných za léta provozu odhalilo, že zlepšení dostupnosti systému řízení procesů by mělo pozitivní dopad na celkovou dostupnost zařízení.

Procesní přístrojové vybavení je připojeno k experimentálnímu fyzikálnímu a průmyslovému řídicímu systému (EPICS) prostřednictvím sběrnicové technologie. Obsluha přijímá provozní zprávy a aktualizace stavu systému prostřednictvím systému EPICS. Segmentový vazební člen 3 (SK3) integruje ventily, snímače tlaku a snímače průtoku, které jsou všechny vybaveny technologií PROFIBUS PA, s řídicí jednotkou vstupů/výstupů (IOC), a vytváří tak síť. Všechny komponenty vyžadované pro automatizaci, tzn. IOC, napájecí zdroj, SK3 a optický kabel ve formě dvojitého kruhu, jsou navrženy jako redundantní. Samotná instalace sběrnice PROFIBUS PA je průběžně monitorována modulem pro rozšířenou diagnostiku FieldConnex® (ADM).

Pro aplikace PROFIBUS PA je používána topologie páteřního vedení s odbočkami: Díky této topologii jsou zařízení v terénu připojena k chráničům segmentů instalovaným v terénu pomocí krátkých odboček. Integrovaná ochrana proti zkratuchrání komunikaci během normálního provozu. Výstrahy a podrobné diagnostické zprávy jsou předávány do samostatného systému přes hlavní připojení sběrnice PROFIBUS třídy II. Diagnostika v přístrojích a diagnostika vlastní fyzické vrstvy umožňují pracovníkům zajišťujícím údržbu sledovat zařízení a provádět údržbu na vyžádání. Tím je zajištěna velmi vysoká úroveň dostupnosti chladicího systému. Dálková parametrizace všech přístrojů a práce související s uvedením do provozu proběhly obzvláště efektivně, s minimálními náklady, minimálním počtem zaměstnanců a pod značným časovým tlakem.

V minulosti se několikrát prokazatelně osvědčilo použití technologie PROFIBUS DP pro řízení kryogenního zařízení společnosti DESY. Proces dokumentace je zcela přímočarý, například pomocí aplikací Excel a Visio. Procesní přístrojové vybavení lze nyní po modernizaci zařízení prostřednictvím technologie PROFIBUS PA ovládat stejně snadno jako řídicí jednotky motorů a kompresory. Možnost dálkového nastavení konfigurace všech přístrojů výrazně šetří čas a úsilí zaměstnanců při instalaci přístrojového vybavení a jeho uvádění do provozu. Kontrolou modulu ADM lze také ověřit, že je systém odolný a pracuje bez chyb. Společnost DESY si samozřejmě uvědomuje vynikající diagnostické schopnosti protokolu sběrnice. Diagnostické funkce pomáhají sledovat chyby systému v rané fázi a zajišťují maximální dostupnost zařízení tím, že podporují prediktivní přístup k údržbě. Ale největším přínosem pro výzkumný ústav je nesporně spolehlivost technologie PROFIBUS.

• Společnost Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) spoléhá na technologie PROFIBUS DP a PA
• Systémy PROFIBUS PA s komponentami infrastruktury FieldConnex® nabízejí působivou jednoduchost použití a spolehlivost
• Diagnostické schopnosti protokolu sběrnice zajišťují maximální dostupnost zařízení