Når tungoljedrevne skip går over til den nye, alternative fremdriftstypen som kalles "Fuel Gas Supply System" (FGSS), oppstår det flere eksplosjonsfarlige områder om bord, noe som krever at det integreres eksplosjonsbeskyttede I/O-er og indikatorsystemer i skipsstyringssystemene og skipenes egne alarmstyrings- og overvåkningssystemer. Med sitt remote I/O-system IS1+, HMI-terminaler og passende kabinetter og driftsutstyr byr R. STAHL på en gjennomgående løsning for å integrere Ex-områder i sone 1 og 2 i velprøvde styringssystemer som er blitt benyttet i maritim sektor i årevis.

 I omtrent ti års tid har man i økende grad tenkt nytt når det gjelder drivstoff innen skipsfart: Med kunnskapen om at forbrenning av tungolje i skipsmotorer ikke er økologisk forsvarlig, blir det stadig mer fokus på flytende naturgass (Liquefied Natural Gas, LNG) og flytende petroleumsgass (Liquefied Petroleum Gas, LPG) som drivstoff for skip. Bruk av tungolje forårsaker ikke bare rundt to til tre prosent av de globale CO2-utslippene, med utgjør også en betydelig belastning på luft og hav på grunn av frigjøring av finstøv og nitrogen- og svoveldioksid. Derfor øker de lovfestede begrensningene på bruk av tungolje kontinuerlig: Allerede i 2006 skjerpet Den internasjonale sjøfartsorganisasjonen IMO grenseverdiene for tillatt svovelinnhold i skipsdrivstoff skritt for skritt, og restriksjonene ble utvidet for drivstoffbruk i vassdrag, sjøhavner i EU og i såkalte "Sulphur Emission Control Areas" (SECA) som Nordsjøen, Østersjøen og den californiske kystregionen. Dermed må rederne tanke skipene sine med betraktelig dyrere, svovelredusert skipsdiesel. I januar 2020 trådte IMOs skjerpede miljøbestemmelser i kraft, dermed blir bruken av tungolje enda sterkere regulert, og bruken av mindre skadelig drivstoff fremtvinges.

 Flytende naturgass (LNG) som miljøvennlig alternativ

På bakgrunn av stadig mer skjerpede grenseverdier og begrensninger utgjør LNG- og LPG-motorer et alternativ eller en ressursskånende overgangsteknologi for sjøfarten. Sammenlignet med konvensjonelle typer av skipsdrivstoff reduserer bruken av gassdrevne forbrenningsmotorer utslipp av finstøv og nitrogenoksid med opptil 90 prosent og utslipp av svoveldioksid med 100 prosent. Uavhengig av de miljøskadelige egenskapene til tungoljen og de økende kostnadene til skipsdiesel byr LNG som drivstoff også på økonomiske fordeler, for eksempel fordi man slipper kostnadskrevende installasjon av avgassrenseanlegg. I tillegg kan gassmotorene også brukes til å forsyne skipene med strøm i havner uten problemer. Dette har betydning fordi stadig flere havnebyer overveier å gjøre det påbudt for skip å bruke (dyr) landstrøm for å holde luften ren. Nøyaktig når omstillingen eller installasjonen av LN-motorer begynner å lønne seg, avhenger selvsagt også av typen skip og tempoet i den videre utbyggingen av gassinfrastruktur. Modellberegninger går imidlertid i dag ut fra at gassmotorer i skip i snitt er nedbetalt etter fem år, med tanke på høye miljøforpliktelser og priser på skipsdiesel samt fallende kostnader til fremskaffelse av flytende naturgass. I 2019 gikk 321 av verdens rundt regnet 60 000 fraktskip på LNG, og det var lagt inn bestilling på ytterligere 510.

Prosessdata fra FGSS

FGSS-et ("Fuel Gas Supply System") som sørger for brennstofftilførsel til motorene ved bruk av LNG-drift, omfatter i tillegg til selve gasstankene også evaporatorer, kompressorer, pumper og varmevekslere. De temperatur-, trykk- og gjennomstrømningsverdiene som måles i disse anleggsdelene, ventilstillinger, utstyrsstatus etc. må stå til rådighet både for skipsstyringssystemet og det eventuelt automatiske alarm- og overvåkningssystemet ("Alarm Control Monitoring System" – ACMS). Fordi FGSS-et danner et eksplosjonsfarlig område på grunn av den høyre graden av flyktighet og antennelighet i den gassen som føres gjennom det, må registrering og overføring av måleverdiene utelukkende skje ved hjelp av eksplosjonsbeskyttede, egensikre sensorer og nettverkskomponenter. Det handler ikke bare om å overføre sensordata fra Ex-sonene til kontrollsentre i trygge områder, men også om å stille de registrerte dataene og visualiseringen og overvåkningen til rådighet for alarmstyringssystemet i Ex-sone 1.

Velprøvde Ex-beskyttelsesløsninger for maritim sikkerhet

R. STAHL, internasjonalt ledende leverandør av eksplosjonsbeskyttede komponenter og kundespesifikke systemløsninger, har implementert remote I/O-installasjoner på skip og offshore-plattformer i 30 år. Denne bedriften fra Waldenburg i Tyskland har en kundekrets av globale aktører innen tungindustri, som benytter seg av prosess- og skipsstyringssystemer med bedriftens Ex-beskyttede produkter. Med sitt remote I/O-system IS1+ for sone 1 har denne produsenten utviklet en løsning for egensikre sensor/aktuator-nettverk i eksplosjonsfarlige anlegg, og denne løsningen har også etablert seg innen maritim sektor og vist hva den duger til på flere hundre LNG-tankere samt mange andre bruksområder innen olje- og gassindustrien. Utover dette får kundene til R. STAHL ikke bare nettverkskomponenter, betjeningsterminaler, beskyttende kabinetter med internasjonal godkjenning og all slags driftsutstyr som trengs til Ex-beskyttet dataoverføring i Ex-soner, men også sikkerhetskameraer, lamper og betjenings- og indikatorelementer for eksplosjonsfarlige områder, og alt dette får de fra én og samme leverandør.

Koreanske skipsbyggere satser på IS1+

Til overføring av sensordata fra FGSS til styringsnivåer og ACMS foretrekker mange av dagens skipsbyggere remote I/O-systemet fra R. STAHL, blant annet i Sør-Korea, hvor verftene kan notere seg en voksende etterspørsel etter LNG-drevne skip. Mange skipsbyggere har allerede gode erfaringer med dette remote I/O-systemet, som anbefales av internasjonale utstyrleverandører. På bakgrunn av dette var det to velrenommerte selskaper innen tungindustrien, begge blant de største verftsoperatørene i Sør-Korea, som henvendte seg til det koreanske datterselskapet til R. STAHL. Det første forretningsforholdet til et av selskapene oppsto for ti år siden, da R. STAHL fikk i oppgave å stå for den tekniske overvåkningen på et prosjekt og de toppfornøyde kundene i etterkant ga R. STAHL enda flere oppdrag innen maritim sektor. Den aktuelle forespørselen handlet om å tilpasse spesifikasjonene for eksisterende skipsstyringssystemer og FGSS-integrering til bruk av R. STAHL-produkter, ettersom mange kunder av hensyn til kvalitetssikringen ønsket seg en FGSS-integrering med de velrennomerte remote I/O-systemene fra den tyske produsenten.

Remote I/O-moduler til sjøs

Remote I/O-systemene i serien IS1+ er perfekte for maritim bruk takket være sjøvannsresistente kabinettmaterialer, vibrasjonsfast design og immunitet mot elektromagnetiske forstyrrelser. Dermed er det også tatt hensyn til de skjerpede EMC-kravene på grunn av radiosystemet om bord og havsnødfrekvensen. Problemfri bruk verden over sikres av internasjonal sertifisering av eksplosjonsbeskyttelse samt alle nødvendige skipsgodkjenninger og -sertifikater iht. kravene i EU RO Mutual Recognition Group. Den omfatter tolv klassifiseringsselskaper, f.eks. DNV-GL, ABS og ClassNK. Etter inngående konsultasjon med produsentene fikk R. STAHL mot slutten av 2019 først i oppdrag å utruste fire fraktskip, ett tankskip og fem containerskip. Remote I/O-systemene for bruk i sone 1 av FSGG-et leveres installasjonsklare av R. STAHL i passelig dimensjonerte kabinetter. Som gatewayer for integrering av remote I/O-systemene i automatiseringssystemet brukes CPU-modulene i 9440/22-serien som er godkjent for sone 1 / div. 1. Til visualisering på stedet og FGSS-alarmstyring i sone 1 anbefalte R. STAHL kundene å bruke betjeningsstasjonen ET-698, en tynnklient fra SHARK-enhetsplattformen, som er sertifisert iht. ATEX, IECEx, ABS og DNVGL. På de støt- og vibrasjonsresistente betjeningsenhetene i det saltsvannsbestandige IP66-kabinettet er 21,5-tommersdisplayet og funksjonsknappene beskyttet av en kjemisk herdet, refleksfri glassrute. Utstyret bruker fiberoptiske multi-mode-kabler til dataoverføringen. Med sitt velprøvde remote I/O-system IS1+ kan R. STAHL tilby alle styrings- og ACM-systemer en enkel løsning for integrering av signaler fra eksplosjonsfarlige områder via PROFIBUS DP, Modbus RTU eller Ethernet Modbus TCP, EtherNet/IP og PROFINET. I kombinasjon med tilpassede og meget robuste HMI-er og alle nødvendige nettverkskomponenter i eksplosjonsbeskyttede utførelser gjør produsenten det mulig med problemfri og komfortabel tilgang til prosessdata i umiddelbarhet nærhet av bruksområdet.

 Remote I/O-systemet IS1+

De egensikre og ikke-egensikre sensor- /aktuatorsignalene som integreres via det eksplosjonsbeskyttede remote I/O-systemet IS1+ for sone 1, 2 og Class I Div. 1, 2, kan overføres til prosesstyringssystemet via PROFIBUS DP, Modbus, Ethernet Modbus TCP, EtherNet/IP eller PROFINET. De 8- eller 16-kanals I/O-modulene, som egner seg for et bredt spekter av signaltyper, gjør at det kan bygges opp svært kompakte og ytterst plassbesparende og lette stasjoner, sammenlignet med konvensjonelle løsninger. Remote I/O-systemet byr også på en vesentlig fordel gjennom muligheten for å utvide installasjonen når som helst etter plug-and-play-prinsippet: Alle moduler kan ved behov legges til eller skiftes ut på stedet under løpende drift i sone 1 eller Class I Div. 1. Den egensikre prosessbussen kan etter kundens valg driftes enten med kobberledninger eller fiberoptiske kabler og ved behov designes redundant eller som sløyfe. Remote I/O-systemet IS1+ omfatter 8-kanals analoge inn-/utgangsmoduler med HART, 16-kanals digitale inn-/utgangsmoduler, 4- og 8-kanals digitale utgangsmoduler og 8-kanals temperaturmoduler for motstandstermometere og termoelementer. Signalene lar seg parametrere individuelt for hver kanal. Blandingsmoduler gjør det mulig med effektive løsninger med lavt antall signaler og reduserer reservedelsbeholdningen med 50 prosent. Takket være low-power-teknologi som er utviklet spesielt for IS1+ I/O-nivået, egner modulene seg for et utvidet temperaturområde på -40 til +75 °C og har en lang levetid som typisk ligger på 15 år. Utvidede diagnostikkmuligheter gir brukerne praktiske fordeler, alle sone 1-moduler har én eller to LED-indikatorer per kanal. På analoge moduler signaliseres ledningsfeil av en rød LED, på de digitale vises koblingstilstanden i tillegg av en gul LED. Alle modulene er utstyrt med ekstra egendiagnostikkfunksjoner i samsvar med NAMUR NE 107, slik at vedlikeholdsmeldingen "maintenance required" vises tolv måneder før den forestående slutten på den forventede levetiden. I tillegg signaliseres vedlikeholdsbehovet tydelig med en blå LED på modulen. Helt nytt er statusbit for prosessignaler, som viser verdier som "good" eller "bad", slik som på feltbusser.