Từ bộ điều khiển C300 đến I/O phổ dụng: Honeywell Experion PKS xây dựng chuỗi tự động hóa quy trình trên toàn nhà máy

Các nhà máy công nghiệp đang chịu áp lực ngày càng gia tăng nhằm nâng cao tính linh hoạt trong sản xuất đồng thời duy trì độ ổn định quá trình ,an toàn chức năng và khả năng sẵn sàng vận hành thiết bị lâu dài. Tuy nhiên, các kiến trúc điều khiển truyền thống thường chia tách bộ điều khiển, phần cứng đầu vào/đầu ra, trạm vận hành và thiết bị hiện trường thành các lĩnh vực kỹ thuật riêng biệt. Sự phân mảnh này có thể làm tăng nhu cầu về tủ điều khiển, gây phức tạp cho bàn giao và vận hành và khiến các thay đổi trong tương lai trở nên tốn kém hơn.

Honeywell Experion Process Knowledge System, thường được gọi tắt là Experion PKS, giải quyết những thách thức này thông qua một kiến trúc hệ thống điều khiển phân tán tích hợp. Trung tâm của nền tảng này là Bộ điều khiển Experion PKS C300 , thực hiện các chiến lược điều khiển quy định, tuần tự và nâng cao. Tại giao diện hiện trường, Series C và Công nghệ I/O phổ dụng thu thập tín hiệu quy trình và truyền lệnh điều khiển. Các trạm vận hành, ứng dụng kỹ thuật, chức năng quản lý cảnh báo và thông tin tài sản được tích hợp vào cùng một môi trường vận hành.

Kết quả là một chuỗi tự động hóa kết nối, kéo dài từ thiết bị đo lường, van và thiết bị dẫn động bằng động cơ đến bộ điều khiển, màn hình phòng điều khiển và các ứng dụng cấp nhà máy. Thay vì xem I/O, điều khiển và trực quan hóa như những thành phần tách biệt, Experion PKS tổ chức chúng thành các lớp phối hợp trong cơ sở hạ tầng tự động hóa quy trình trên toàn nhà máy.

Thị trường Bộ điều khiển C300 đóng vai trò là nền tảng thực thi điều khiển chính trong kiến trúc Experion PKS. Thiết bị được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu điều khiển ổn định, xác định và sẵn sàng liên tục, bao gồm lọc dầu, chế biến hóa dầu, phát điện, dược phẩm, sản xuất bột giấy và giấy, kim loại, xử lý nước và các ngành công nghiệp xử lý quy trình khác.

Bộ điều khiển vận hành môi trường thực thi điều khiển của Honeywell Control Execution Environment , hoặc CEE . Môi trường này hỗ trợ các chức năng điều khiển như điều chỉnh PID, điều khiển nối tiếp, điều khiển tỷ lệ, chiến lược điều khiển tiên đoán, tuần tự thiết bị, khóa liên động và logic liên quan đến lô sản xuất. Kỹ sư có thể kết hợp các chức năng này thành các mô-đun điều khiển có thể tái sử dụng, giúp chuẩn hóa việc phát triển ứng dụng trên toàn bộ các đơn vị sản xuất.

Đối với các quy trình liên tục, thiết bị C300 có thể điều phối các vòng điều khiển áp suất, nhiệt độ, lưu lượng và mức trong khi quản lý các tương tác giữa các biến vận hành liên quan. Trong các ứng dụng theo mẻ, nó có thể thực thi các chuỗi thao tác, các pha thiết bị và logic cho phép cần thiết để chuyển sản xuất một cách an toàn từ giai đoạn này sang giai đoạn khác. Khả năng xử lý nhiều lĩnh vực điều khiển khiến nó phù hợp cả với các đơn vị quy trình riêng lẻ lẫn các kiến trúc quy mô toàn nhà máy.

Tính sẵn sàng đặc biệt quan trọng trong các hệ thống lắp đặt mà việc gián đoạn bộ điều khiển có thể gây ra tổn thất sản xuất hoặc điều kiện vận hành không an toàn. Bộ điều khiển C300 hỗ trợ các cấu hình dư thừa trong đó bộ điều khiển dự phòng có thể đảm nhận nhiệm vụ điều khiển nếu bộ điều khiển chính trở nên không khả dụng. Các đường truyền mạng dự phòng, bố trí nguồn điện dự phòng và thiết kế đầu vào/đầu ra (I/O) dự phòng cũng có thể được tích hợp tùy theo mức độ quan trọng của quy trình.

Khả năng kết nối còn mở rộng thêm vai trò của bộ điều khiển. Thông qua các giao diện truyền thông được hỗ trợ, bộ điều khiển C300 có thể trao đổi thông tin với các thiết bị trường thông minh, bộ điều khiển tần số biến đổi, các đơn vị tích hợp sẵn và các hệ thống của bên thứ ba. Thay vì hoạt động như một bộ xử lý độc lập, thiết bị này trở thành một điểm tích hợp, chuyển đổi dữ liệu từ hiện trường thành hành động điều khiển đồng bộ và thông tin vận hành.

Mặc dù bộ điều khiển thực thi chiến lược tự động hóa, hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào cách kết nối tín hiệu từ hiện trường. Các thiết kế cổng vào/ra truyền thống yêu cầu các loại mô-đun riêng biệt cho tín hiệu tương tự đầu vào, tín hiệu tương tự đầu ra, tín hiệu số đầu vào và tín hiệu số đầu ra. Do đó, định nghĩa tín hiệu phải được xác định sớm để có thể lựa chọn đúng tủ điều khiển, cụm đầu nối và số kênh.

Những thay đổi kỹ thuật thực hiện muộn thường xuyên làm gián đoạn cách tiếp cận này. Việc phân loại lại một đầu vào nhiệt độ thành một loại tín hiệu khác, bổ sung đầu ra van hoặc di dời vị trí thiết bị đo có thể đòi hỏi phần cứng khác, sơ đồ đi dây được cập nhật và thêm công việc lắp đặt tủ điều khiển. Những thay đổi này có thể ảnh hưởng đến kiểm tra nghiệm thu tại nhà máy, tiến độ thi công và tồn kho phụ tùng dự phòng.

Honeywell I/O phổ dụng được thiết kế nhằm giảm sự phụ thuộc này giữa loại tín hiệu và phần cứng vật lý. Các kênh riêng lẻ có thể được cấu hình theo chức năng I/O yêu cầu, cho phép một nền tảng tiêu chuẩn hóa đáp ứng nhiều loại tín hiệu trường khác nhau. Đội ngũ kỹ thuật có thể gán hoặc điều chỉnh chức năng kênh thông qua cấu hình hệ thống thay vì thay thế các module chuyên dụng truyền thống mỗi khi có thay đổi.

Sự linh hoạt này đặc biệt hữu ích trong các dự án lớn, nơi thiết kế quy trình, lựa chọn thiết bị đo lường và thông tin về các đơn vị đóng gói tiếp tục thay đổi trong suốt quá trình thực hiện. Các tủ điều khiển và cụm đầu vào/đầu ra (I/O) có thể được lập kế hoạch dựa trên một thiết kế chuẩn hóa hơn, trong khi việc gán kênh cuối cùng được hoàn tất gần thời điểm vận hành thử nghiệm. Cách tiếp cận này hỗ trợ thay đổi thiết kế muộn mà không gây ra những thay đổi vật lý quy mô lớn.

I/O phổ dụng cũng có thể làm giảm số lượng biến thể module mà bộ phận bảo trì cần dự trữ. Một nền tảng phần cứng phổ biến hơn giúp đơn giản hóa việc lập kế hoạch phụ tùng thay thế và mang lại cho kỹ thuật viên sự linh hoạt cao hơn khi thay thế kênh bị lỗi hoặc mở rộng hệ thống lắp đặt hiện có. Đối với các nhà máy vận hành nhiều dây chuyền sản xuất, việc chuẩn hóa có thể nâng cao tính nhất quán trong công tác bảo trì và giảm rủi ro liên quan đến việc lưu giữ phụ tùng lỗi thời hoặc không phù hợp.

Khi I/O phổ dụng được triển khai gần hơn với thiết bị quy trình, cáp trường cũng có thể được rút ngắn. Số lượng cáp đa lõi cần thiết giữa các hộp nối trường và phòng điều khiển tập trung có thể giảm, giúp giảm lao động lắp đặt, công việc đấu nối và độ phức tạp trong chẩn đoán sự cố.

Sự kết hợp giữa bộ điều khiển C300, I/O linh hoạt và môi trường vận hành Experion tạo ra nhiều hơn là một tập hợp các sản phẩm tương thích. Nó thiết lập một chuỗi tự động hóa chung, trong đó các phép đo quy trình, tính toán điều khiển, cảnh báo, trạng thái thiết bị và lệnh của người vận hành đều được quản lý trong một bối cảnh hệ thống phối hợp.

Trong giai đoạn kỹ thuật, các mô-đun điều khiển và các màn hình liên quan có thể được phát triển bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu chung và quy ước đặt tên thống nhất. Điều này giúp giảm thiểu việc nhập dữ liệu lặp lại và hỗ trợ duy trì tính nhất quán giữa cấu hình bộ điều khiển và giao diện người – máy. Trong giai đoạn hiệu chỉnh, kỹ thuật viên có thể truy vết một tín hiệu từ điểm đấu nối tại hiện trường qua kênh I/O và logic điều khiển cho đến màn hình của người vận hành, nhờ đó việc kiểm tra vòng lặp và chẩn đoán sự cố trở nên hiệu quả hơn.

Trong quá trình vận hành, các trạm Experion hiển thị các điều kiện quy trình, cảnh báo và trạng thái thiết bị cho nhân viên phòng điều khiển. Thông tin ngữ cảnh giúp người vận hành không chỉ nhận biết được một biến số đã vượt ra ngoài phạm vi dự kiến mà còn xác định được đơn vị quy trình, vòng điều khiển hoặc tài sản liên quan nào có thể cần được chú ý. Các nguyên tắc hiển thị nhất quán và cách xử lý cảnh báo có thể hỗ trợ nhận thức tình huống cả trong điều kiện sản xuất bình thường lẫn các sự kiện bất thường.

Kiến trúc này cũng tạo nền tảng cho việc tối ưu hóa nhà máy. Dữ liệu quy trình đáng tin cậy có thể được cung cấp cho các hệ thống lưu trữ lịch sử, các ứng dụng điều khiển nâng cao, các công cụ giám sát hiệu suất và các hệ thống quản lý tài sản. Các đội bảo trì có thể sử dụng thông tin chẩn đoán để xác định các thiết bị đo lường suy giảm hoặc các sự cố về truyền thông, trong khi các đội sản xuất có thể phân tích các xu hướng vận hành và các ràng buộc.

Lập kế hoạch vòng đời vẫn giữ vai trò quan trọng như nhau. Các bộ điều khiển, mô-đun I/O, cụm đầu nối, nguồn điện và các thành phần truyền thông cần được quản lý như những phần của toàn bộ chuỗi tự động hóa. Việc duy trì hồ sơ tương thích, cơ sở firmware, các mô-đun dự phòng đã được kiểm tra và các quy trình được tài liệu hóa sự dư thừa có thể rút ngắn thời gian khôi phục và giảm thiểu các rủi ro vận hành liên quan đến phần cứng cũ.

Honeywell Experion PKS kết nối thiết bị đo lường tại hiện trường, I/O phổ dụng, Bộ điều khiển C300 và các ứng dụng tại phòng điều khiển trong một kiến trúc tự động hóa quy trình thống nhất. Bộ điều khiển C300 cung cấp khả năng điều khiển xác định hiệu suất được yêu cầu bởi các quy trình công nghiệp quan trọng, trong khi đầu vào/đầu ra phổ dụng (Universal I/O) cung cấp tính linh hoạt cần thiết để quản lý các yêu cầu tín hiệu thay đổi và thực hiện dự án theo mô-đun.