Από τον ελεγκτή C300 έως τις καθολικές εισόδους/εξόδους: Το Honeywell Experion PKS δημιουργεί μια εργοστασιακή αυτοματοποιημένη αλυσίδα διαδικασιών

Τα βιομηχανικά εργοστάσια αντιμετωπίζουν αυξανόμενη πίεση να αυξήσουν την ευελαστικότητα της παραγωγής, διατηρώντας ταυτόχρονα σταθερότητα διεργασίας ,λειτουργική ασφάλεια και τη μακροπρόθεσμη διαθεσιμότητα των εξοπλισμών. Οι συμβατικές αρχιτεκτονικές ελέγχου, ωστόσο, συχνά διαιρούν τους ελεγκτές, το υλικό εισόδου/εξόδου, τους σταθμούς χειριστή και τις συσκευές πεδίου σε ξεχωριστές μηχανικές περιοχές. Αυτός ο κατακερματισμός μπορεί να αυξήσει τις απαιτήσεις για πίνακες, να περιπλέκει εγκατάσταση και Εκκίνηση και να καθιστά τις μελλοντικές τροποποιήσεις πιο δαπανηρές.

Το σύστημα γνώσης διαδικασιών Experion της Honeywell, γνωστό συνήθως ως Experion PKS, αντιμετωπίζει αυτές τις προκλήσεις μέσω μιας ενσωματωμένης αρχιτεκτονικής κατανεμημένου συστήματος ελέγχου. Στο κέντρο της πλατφόρμας βρίσκεται η Ελεγκτής Experion PKS C300 , η οποία εκτελεί ρυθμιστικές, ακολουθιακές και προηγμένες στρατηγικές ελέγχου. Στη διεπαφή πεδίου, Σειρά C και Καθολικές τεχνολογίες εισόδου/εξόδου (I/O) συλλέγουν σήματα διαδικασίας και μεταδίδουν εντολές ελέγχου. Οι σταθμοί χειριστών, οι εφαρμογές μηχανικού, οι λειτουργίες διαχείρισης συναγερμών και οι πληροφορίες περί περιουσιακών στοιχείων ενσωματώνονται στο ίδιο λειτουργικό περιβάλλον.

Το αποτέλεσμα είναι μια συνδεδεμένη αλυσίδα αυτοματισμού που εκτείνεται από τους μετατροπείς, τις βαλβίδες και τον εξοπλισμό που κινείται με κινητήρα μέχρι τους ελεγκτές, τις οθόνες του κέντρου ελέγχου και τις εφαρμογές επιπέδου εγκατάστασης. Αντί να θεωρούνται οι είσοδοι/έξοδοι (I/O), ο έλεγχος και η οπτικοποίηση ως απομονωμένα στοιχεία, το Experion PKS τα οργανώνει ως συντονισμένα επίπεδα μιας εγκατάστασης-επιπέδου υποδομής διαδικασιακού αυτοματισμού.

Η Ελεγκτής C300 λειτουργεί ως κύρια πλατφόρμα εκτέλεσης ελέγχου εντός της αρχιτεκτονικής Experion PKS. Σχεδιάστηκε για εφαρμογές που απαιτούν σταθερό, αιτιοκρατικό και συνεχώς διαθέσιμο έλεγχο, συμπεριλαμβανομένων της διύλισης, της πετροχημικής επεξεργασίας, της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, των φαρμακευτικών, της παραγωγής πάστας και χαρτιού, των μετάλλων, της επεξεργασίας ύδατος και άλλων βιομηχανιών με έντονη εξάρτηση από διαδικασίες.

Ο ελεγκτής λειτουργεί το Περιβάλλον Εκτέλεσης Ελέγχου , ή CEE της Honeywell. Αυτό το περιβάλλον υποστηρίζει λειτουργίες ελέγχου όπως ρύθμιση PID, ελεγκτές κατά σειρά (cascade), έλεγχο αναλογίας, στρατηγικές προ-ελέγχου (feedforward), χρονοδιακόπτες εξοπλισμού, ασφαλιστικά κυκλώματα (interlocks) και λογική σχετική με παρτίδες (batch). Οι μηχανικοί μπορούν να συνδυάσουν αυτές τις λειτουργίες σε επαναχρησιμοποιήσιμα μόδουλα ελέγχου, βοηθώντας έτσι στην τυποποίηση της ανάπτυξης εφαρμογών σε όλες τις μονάδες παραγωγής.

Για συνεχείς διαδικασίες, το C300 μπορεί να συντονίζει βρόχους πίεσης, θερμοκρασίας, ροής και επιπέδου, ενώ διαχειρίζεται τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ σχετικών λειτουργικών μεταβλητών. Σε εφαρμογές παρτίδων, μπορεί να εκτελεί ακολουθίες, φάσεις εξοπλισμού και λογική επιτρεπτών για να μεταφέρει με ασφάλεια την παραγωγή από ένα στάδιο σε άλλο. Η ικανότητά του να διαχειρίζεται πολλαπλές πειθαρχίες ελέγχου το καθιστά κατάλληλο τόσο για μεμονωμένες μονάδες διαδικασίας όσο και για ευρύτερες, εγκαταστατικές αρχιτεκτονικές ολόκληρου του εργοστασίου.

Η διαθεσιμότητα είναι ιδιαίτερα σημαντική σε εγκαταστάσεις όπου μια διακοπή του ελεγκτή θα μπορούσε να προκαλέσει απώλειες παραγωγής ή μια ανασφαλή λειτουργική κατάσταση. Ο C300 υποστηρίζεται περιττές Διαμορφώσεις κατά τον οποίο ένας δευτερεύων ελεγκτής μπορεί να αναλάβει τα καθήκοντα ελέγχου εάν ο πρωτεύων ελεγκτής γίνει μη διαθέσιμος. Μπορούν επίσης να ενσωματωθούν εναλλακτικές διαδρομές δικτύου, διατάξεις τροφοδοσίας και σχεδιασμοί I/O, ανάλογα με το βαθμό κρισιμότητας της διαδικασίας.

Η συνδεσιμότητα επεκτείνει περαιτέρω τον ρόλο του ελεγκτή. Μέσω των υποστηριζόμενων διεπαφών επικοινωνίας, ο C300 μπορεί να ανταλλάσσει πληροφορίες με έξυπνα εργοστασιακά όργανα, μεταβλητής συχνότητας κινητήρες, συσκευές συσκευασίας και συστήματα τρίτων. Αντί να λειτουργεί ως αυτόνομος επεξεργαστής, αποτελεί σημείο ενσωμάτωσης που μετατρέπει τα δεδομένα από το πεδίο σε συντονισμένες ενέργειες ελέγχου και λειτουργικές πληροφορίες.

Παρόλο που ο ελεγκτής εκτελεί τη στρατηγική αυτοματοποίησης, η αποτελεσματικότητα του συστήματος εξαρτάται επίσης από τον τρόπο σύνδεσης των σημάτων πεδίου. Οι παραδοσιακές αρχιτεκτονικές Εισόδου/Εξόδου απαιτούν διαφορετικούς τύπους μονάδων για αναλογικές εισόδους, αναλογικές εξόδους, ψηφιακές εισόδους και ψηφιακές εξόδους. Ως εκ τούτου, οι ορισμοί των σημάτων πρέπει να οριστούν νωρίς, ώστε να καθοριστούν σωστά οι πίνακες, οι συναρμολογήσεις ακροδεκτών και ο αριθμός των καναλιών.

Οι καθυστερημένες τεχνικές αλλαγές διαταράσσουν συχνά αυτήν την προσέγγιση. Η επαναταξινόμηση μιας εισόδου θερμοκρασίας ως άλλου τύπου σήματος, η προσθήκη μιας εξόδου βαλβίδας ή η μετατόπιση ενός οργάνου μπορεί να απαιτήσει διαφορετικό υλικό, αναθεωρημένη καλωδίωση και επιπλέον εργασία στον πίνακα. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν τις δοκιμές αποδοχής στο εργοστάσιο, τους χρονοπρογραμματισμούς κατασκευής και τα αποθέματα ανταλλακτικών.

Honeywell Καθολική I/O έχει σχεδιαστεί για να μειώσει αυτήν την εξάρτηση μεταξύ τύπου σήματος και φυσικού υλικού. Τα μεμονωμένα κανάλια μπορούν να ρυθμιστούν σύμφωνα με την απαιτούμενη λειτουργία εισόδου/εξόδου, επιτρέποντας σε μία τυποποιημένη πλατφόρμα να υποστηρίζει διαφορετικά σήματα πεδίου. Οι ομάδες μηχανικών μπορούν να αναθέτουν ή να τροποποιούν τις λειτουργίες των καναλιών μέσω της διαμόρφωσης του συστήματος, αντί να αντικαθιστούν συμβατικά εξειδικευμένα μοντέλα για κάθε αλλαγή.

Αυτή η ευελιξία είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε μεγάλα έργα, όπου ο σχεδιασμός της διαδικασίας, η επιλογή των οργάνων και οι πληροφορίες για τις συσκευασμένες μονάδες συνεχίζουν να εξελίσσονται κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης. Οι πίνακες και οι συναρμολογήσεις I/O μπορούν να σχεδιαστούν με έναν πιο τυποποιημένο τρόπο, ενώ οι τελικές αναθέσεις καναλιών ολοκληρώνονται πλησιέστερα στη φάση της θέσης σε λειτουργία. καθυστερημένες αλλαγές στον σχεδιασμό χωρίς να προκαλείται εκτεταμένη φυσική τροποποίηση.

Καθολική I/O μπορεί επίσης να μειώσει τον αριθμό των διαφορετικών εκδόσεων μονάδων που πρέπει να διατηρούν οι υπηρεσίες συντήρησης. Μια πιο κοινή υλική πλατφόρμα απλοποιεί τον σχεδιασμό των ανταλλακτικών και παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία στους τεχνικούς κατά την αντικατάσταση ενός αποτυχημένου καναλιού ή την επέκταση μιας υφιστάμενης εγκατάστασης. Για εργοστάσια που λειτουργούν πολλαπλές μονάδες παραγωγής, η τυποποίηση μπορεί να βελτιώσει τη συνέπεια της συντήρησης και να μειώσει τον κίνδυνο να διατηρούνται ξεπερασμένα ή ακατάλληλα ανταλλακτικά.

Όταν Καθολική I/O εγκαθίσταται πλησιέστερα στον εξοπλισμό επεξεργασίας, μπορεί επίσης να μειωθεί το μήκος της καλωδίωσης στο πεδίο. Μπορεί να απαιτούνται λιγότερα πολυπύρηνα καλώδια μεταξύ των πεδιακών κουτιών σύνδεσης και των κεντρικών δωματίων ελέγχου, με αποτέλεσμα τη μείωση του εργατικού κόστους εγκατάστασης, της εργασίας τερματισμού και της πολυπλοκότητας της ανίχνευσης βλαβών.

Η συνδυασμένη χρήση του ελεγκτή C300, των ευέλικτων I/O και του λειτουργικού περιβάλλοντος Experion δημιουργεί περισσότερα από μια συλλογή συμβατών προϊόντων. Δημιουργεί μια κοινή αυτοματοποιημένη αλυσίδα, στην οποία οι μετρήσεις διεργασίας, οι υπολογισμοί ελέγχου, οι συναγερμοί, οι καταστάσεις του εξοπλισμού και οι εντολές του χειριστή διαχειρίζονται εντός ενός συντονισμένου συστημικού πλαισίου.

Κατά τη φάση της μηχανικής σχεδίασης, τα μοντέλα ελέγχου και οι συνδεδεμένες οθόνες μπορούν να αναπτυχθούν χρησιμοποιώντας κοινές βάσεις δεδομένων και συμβάσεις ονομασίας. Αυτό μειώνει την επαναληπτική εισαγωγή δεδομένων και βοηθά στη διατήρηση της συνέπειας μεταξύ της διαμόρφωσης του ελεγκτή και της διεπαφής ανθρώπου-μηχανής. Κατά τη φάση της εκκίνησης, οι τεχνικοί μπορούν να παρακολουθήσουν ένα σήμα από την τερματική του σύνδεση στο πεδίο, μέσω του καναλιού εισόδου/εξόδου (I/O) και της λογικής ελέγχου, μέχρι την οθόνη του χειριστή, κάνοντας τους ελέγχους βρόχου και τη διάγνωση βλαβών πιο αποτελεσματικούς.

Κατά τη λειτουργία, οι σταθμοί Experion παρουσιάζουν στο προσωπικό του κέντρου ελέγχου τις συνθήκες της διαδικασίας, τις συναγερμούς και την κατάσταση του εξοπλισμού. Πληροφορίες που σχετίζονται με το πλαίσιο λειτουργίας βοηθούν τους χειριστές να κατανοήσουν όχι μόνο ότι μια μεταβλητή έχει εξέλθει από το αναμενόμενο εύρος της, αλλά και ποιά μονάδα διαδικασίας, ποιός βρόχος ελέγχου ή ποιό συνδεδεμένο περιουσιακό στοιχείο ενδέχεται να απαιτεί προσοχή. Συνεκτικές αρχές παρουσίασης και διαχείρισης συναγερμών μπορούν να υποστηρίξουν την επίγνωση της κατάστασης τόσο κατά την κανονική παραγωγή όσο και κατά τα ασυνήθιστα γεγονότα.

Η αρχιτεκτονική δημιουργεί επίσης μια βάση για τη βελτιστοποίηση του εργοστασίου. Αξιόπιστα δεδομένα διαδικασίας μπορούν να παρέχονται σε συστήματα αρχειοθέτησης, εφαρμογές προηγμένου ελέγχου, εργαλεία παρακολούθησης απόδοσης και συστήματα διαχείρισης περιουσιακών στοιχείων. Οι ομάδες συντήρησης μπορούν να χρησιμοποιούν διαγνωστικές πληροφορίες για τον εντοπισμό εντελώς αποδυναμωμένων οργάνων ή προβλημάτων επικοινωνίας, ενώ οι ομάδες παραγωγής μπορούν να αναλύουν τάσεις λειτουργίας και περιορισμούς.

Η σχεδίαση για τον πλήρη κύκλο ζωής παραμένει εξίσου σημαντική. Οι ελεγκτές, τα μοντέλα εισόδου/εξόδου (I/O), οι συναρμολογήσεις ακροδεκτών, οι πηγές τροφοδοσίας και τα στοιχεία επικοινωνίας πρέπει να διαχειρίζονται ως μέρη της πλήρους αλυσίδας αυτοματισμού. Η διατήρηση αρχείων συμβατότητας, η καθιέρωση βασικών εκδόσεων λογισμικού ελέγχου (firmware baselines), η διατήρηση δοκιμασμένων ανταλλακτικών μονάδων και η τεκμηρίωση απολύσεις διαδικασιών μπορεί να συντομεύσει τον χρόνο ανάκαμψης και να μειώσει τους λειτουργικούς κινδύνους που συνδέονται με την ηλικία των υλικών.

Honeywell Experion PKS συνδέει την επιτόπια οργανολογία, την καθολική είσοδο/έξοδο (Universal I/O), Ελεγκτής C300 και εφαρμογές ελέγχου από τον έλεγχο ρουτίνας (control-room) σε μια ενιαία αρχιτεκτονική διαδικασιακού αυτοματισμού. Το C300 παρέχει τον προσδιοριστικό έλεγχο η απόδοση που απαιτείται από κρίσιμες βιομηχανικές διαδικασίες, ενώ η καθολική είσοδος/έξοδος (Universal I/O) παρέχει την ευελιξία που χρειάζεται για τη διαχείριση μεταβαλλόμενων απαιτήσεων σημάτων και την εκτέλεση τροποποιήσιμων έργων.