Controllo e monitoraggio dell'elio liquido presso il Deutsches Elektronen-Synchrotron

Il Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) è uno dei principali laboratori al mondo per l'accelerazione delle particelle e, con l'acceleratore lineare XFEL a sua disposizione, vanta impareggiabili capacità di ricerca. In questo impianto, vengono generati lampi di luce di raggi X, consentendo di osservare i processi nel nano-cosmo in tempo reale. Questi lampi sono un miliardo di volte più ricchi di energia rispetto alle tradizionali sorgenti a raggi X e sono generati utilizzando magneti superconduttori. Le temperature ultra basse richieste per il funzionamento dei magneti vengono raggiunte utilizzando elio liquido. Le particolari proprietà di flusso dell'elio superfluido offrono la capacità di raffreddamento richiesta affinché l'acceleratore di particelle XFEL ottenga prestazioni di picco. Questo stato di aggregazione avviene a una temperatura di 2,0 gradi Kelvin. Al fine di produrre elio superfluido in quantità sufficienti, gli operatori del centro di ricerca DESY avevano necessità di potenziare le prestazioni dell'impianto criogenico.

L'impianto criogenico presso lo European XFEL è costantemente in funzione, 24 ore al giorno, 365 giorni l'anno. Mentre si intensificavano le prestazioni del sistema di raffreddamento, era necessario mantenere il livello di disponibilità di oltre il 99% raggiunto in passato, poiché qualsiasi arresto accidentale avrebbe causato l'inattività dell'acceleratore di particelle per diverse ore. Dato il livello elevato di utilizzo, la ripianificazione di un esperimento scientifico richiederebbe diversi mesi. Le possibili conseguenze sarebbero disastrose, sia per gli scienziati che per le attività di ricerca che si svolgono presso il sito in Germania. Una valutazione delle statistiche di guasto derivanti da anni di funzionamento ha rivelato che migliorare la disponibilità del sistema di controllo del processo avrebbe un impatto positivo sulla disponibilità complessiva dell'impianto.

La strumentazione di processo è collegata al Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) tramite la tecnologia di bus di campo. L'operatore riceve messaggi di funzionamento e aggiornamenti di stato del sistema tramite EPICS. L'accoppiatore di segmento 3 (SK3) integra le valvole, i trasmettitori di pressione e i trasmettitori di flusso, tutti dotati della tecnologia PROFIBUS PA, nel controller IO (IOC) per formare una rete. Tutti i componenti richiesti per l'automazione, ovvero IOC, alimentatore, SK3 e cavo in fibra ottica nella forma di un doppio anello, presentano un design ridondante. L'installazione del bus di campo PROFIBUS PA viene monitorata costantemente dal modulo di diagnostica avanzata FieldConnex® (ADM).

La topologia trunk-and-spur viene utilizzata per le applicazioni PROFIBUS PA: Con questa topologia, i dispositivi di campo vengono collegati ai Segment Protector installati nel campo attraverso brevi spur. La protezione contro il cortocircuito integrata protegge la comunicazione durante le normali operazioni. Allarmi e messaggi diagnostici dettagliati vengono riportati a un sistema separato tramite un collegamento master PROFIBUS classe II. La diagnostica della strumentazione e del physical layer stesso permette al personale di manutenzione di monitorare l'impianto ed eseguire interventi di manutenzione su richiesta. In questo modo si garantisce un livello di disponibilità molto elevato del sistema di raffreddamento. La parametrizzazione remota di tutti gli strumenti e l'attività di messa in servizio si sono rivelate particolarmente efficaci, con minimo costo e personale ridotto nonché sotto una notevole pressione in termini di tempo.

In passato, l'utilizzo di PROFIBUS DP per il controllo dell'impianto criogenico DESY si è dimostrato più volte vantaggioso. Il processo di documentazione è estremamente semplice, ad esempio prevede l'utilizzo di Excel o Visio. Grazie all'aggiornamento dell'impianto con la tecnologia PROFIBUS PA, la strumentazione di processo è ora facile da gestire quanto i comandi del motore e i compressori. La possibilità di configurare tutti gli strumenti da remoto consente al personale di risparmiare una notevole quantità di tempo e sforzo durante l'installazione e la messa in funzione della strumentazione. Un controllo dell'ADM inoltre mostra che il sistema è robusto e che funziona senza problemi. Naturalmente, DESY apprezza le eccellenti capacità diagnostiche del protocollo del bus di campo. Tali capacità contribuiscono ad individuare gli errori di sistema in una fase precoce e garantire la massima disponibilità dell'impianto consentendo un approccio predittivo per la manutenzione. Ma il maggior beneficio per l'istituto di ricerca deriva senza dubbio dall'affidabilità del PROFIBUS.

• Il Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) si basa sulla tecnologia PROFIBUS DP e PA
• I sistemi PROFIBUS PA con componenti dell'infrastruttura FieldConnex® offrono eccezionale facilità di utilizzo e affidabilità
• Le capacità diagnostiche del protocollo del bus di campo garantiscono la massima disponibilità dell'impianto