Obecna architektura

Systemy sterowania procesem są zwykle w stanie obsługiwać układy pneumatyczne dzięki zastosowaniu dodatkowej sieci Fieldbus, takiej jak PROFIBUS-DP® lub Modbus® TCP. Metoda ta zwiększa jednak złożoność z uwagi na dodatkowe konfigurowanie oraz mapowanie danych. Ponadto, chociaż możliwa jest diagnostyka uzupełniająca, drugie środowisko programistyczne, wraz z towarzyszącymi mu kosztami, nie jest zalecane i mogą wystąpić trudności z obsługą redundantnej komunikacji i zasilania.

W 2016 r. firma Emerson wprowadziła na rynek elektroniczny system krosowania do układów pneumatycznych. System ten umożliwia użytkownikom łatwą integrację wysp zaworowych serii 580 ASCO Numatics z systemem sterowania DeltaV firmy Emerson, tworząc kompletne rozwiązanie wejść/wyjść automatyki przemysłowej i układów pneumatycznych firmy Emerson na potrzeby instalacji procesowych.

Co to jest elektroniczny system krosowania? Inżynierowie automatycy oraz kierownicy projektów pracujący w zakładach przetwórstwa dobrze znają problemy związane z uruchamianiem wejść/wyjść w rozproszonych systemach sterowania. Tradycyjna metoda polega na przewodowym podłączeniu urządzenia obiektowego (za pośrednictwem wielożyłowego okablowania) do listew zaciskowych w szafach sterowniczych, po czym każde złącze jest ręcznie krosowanie do odpowiedniej karty we/wy. Wraz ze wzrostem złożoności systemu i coraz większą liczbą złączy następują nieuniknione liczne zmiany wejść/wyjść. W rezultacie trudne staje się śledzenie każdego fizycznego połączenia w panelu krosowym. Każda zmiana powoduje zwiększenie kosztów, opóźnienia i przede wszystkim ryzyko zagrożenia projektu. Dodanie nadmiarowości wiąże się z jeszcze większymi problemami. Ponadto późniejsze prace konserwacyjne i modyfikacje systemu są często utrudnione ze względu na zmiany personelu i nieznajomość systemu, co może skutkować licznymi przestojami.

W przypadku niewielkich projektów ręczne krosowanie nadal uważa się za wystarczające, jednak przy procesach wsadowych na dużą skalę oraz procesach ciągłych w obszarach takich jak produkcja chemiczna, farmaceutyczna i spożywcza - gdzie straty w produkcji mogą skutkować naprawdę nadmiernymi kosztami - coraz częściej przechodzi się na mniej obciążone ryzykiem i bardziej niezawodne strategie projektowania systemów sterowania procesem.

Elektroniczny system krosowania eliminuje konieczność pracochłonnego krosowania ręcznego. Kable z pola nadal są podłączane poprzez przewody do skrzynki krosowej, ale stamtąd połączenia ze sterownikami są już obsługiwane elektronicznie. W rezultacie możliwe jest przypisanie każdego kanału wejścia/wyjścia do dowolnego sterownika. Firma Emerson zarządza tym mapowaniem za pomocą modułów CHARM (CHARacterisation Modules). Zasadniczo są to karty przetworników analogowo-cyfrowych, które można zdefiniować do obsługi dowolnego typu sygnału (wejściowy lub wyjściowy sygnał analogowy, wejściowy lub wyjściowy sygnał cyfrowy, sygnał z rezystancyjnych czujników temperatury itd.). Są one połączone „zatrzaskowo” z kartami we/wy modułów CHARM (CIOC), które z kolei są zamontowane na listwach zaciskowych szyny DIN, gdzie rozmieszczone jest okablowanie obiektowe. Urządzenie obiektowe jest identyfikowane, a odpowiednia karta CHARM jest konfigurowana i elektronicznie krosowana za pośrednictwem ukrytej magistrali cyfrowej do DOWOLNEGO sterownika w układzie. Uwzględniono złącza w pełni redundantnej komunikacji i zasilania, a automatyczne wykrywanie każdego kanału wejścia/wyjścia oznacza, że identyfikacja, konfiguracja, diagnostyka i zmiany projektu są łatwo wykonywane przez rozproszony system sterowania (DCS).

Technologia ta oferuje wiele korzyści, począwszy od pierwszych etapów projektowania po uruchomienie oraz przez cały okres produkcji zorientowanej na proces. Ponieważ cyfrowe lub analogowe wejścia/wyjścia dowolnego typu mogą być wiązane z konkretnymi sterownikami na dowolnym etapie projektu bez konieczności ręcznej zmiany okablowania, koszty sprzętu i projektowania mogą być od samego początku bardziej przewidywalne. Zmiany konstrukcyjne - dodawanie nowych wejść/wyjść lub zmiana typów wejść/wyjść - mogą być realizowane bez znacznych nakładów pracy i destrukcyjnych kosztów ponownego okablowania. Projektowanie staje się łatwiejsze do skalowania zaś bezpieczeństwo zostaje zapewnione. Konfiguracja i diagnostyka są obsługiwane przez jedną, zintegrowaną platformę oprogramowania - DeltaV Explorer firmy Emerson. Co ważne, znacznie zmniejsza się całkowity koszt posiadania (TCO) w związku z większą pewnością działania, niezawodnością procesu oraz dostępnością maszyny.

Integracja pneumatycznych wysp zaworowych w systemach zautomatyzowanych z technologią CHARM

Moduły CHARM serii 580 oferują inżynierom automatykom oraz kierownikom projektów zajmującym się projektami produkcji ciągłej i wsadowej proste, ekonomiczne i szybkie rozwiązanie dedykowane do integracji układów pneumatycznych w środowisku sterowania procesem. Węzeł ułatwia wykonanie pojedynczego połączenia z pola do rozproszonego systemu sterowania (DCS) DeltaV™ firmy Emerson, oferując elektroniczny system krosowania, natywną konfigurację i diagnostykę oraz wbudowaną redundancję, co pozwala uzyskać prawdziwie zintegrowaną architekturę systemu. Wprowadzenie na rynek modułu 580 CHARM firmy ASCO Numatics po raz pierwszy umożliwiło zintegrowanie układów pneumatycznych z elektronicznym systemem krosowania w ramach jednej platformy sieciowej - czyli jednego pakietu i rozwiązania od jednego dostawcy. Węzeł 580 CHARM jest bezpośrednio połączony z systemem DeltaV poprzez płytę podstawową CHARM i natywnie łączy w sobie automatyczne wykrywanie oraz elektroniczne krosowanie poprzez złącze redundantnej komunikacji i zasilania, wykorzystując pełne natywne możliwości diagnostyczne systemu DeltaV. Każdy zawór pilotowy jest zarządzany z poziomu systemu DCS dokładnie w taki sam sposób jak inne wejścia/wyjścia systemu. System DCS może identyfikować i krosować wszystkie połączenia pneumatyczne za pomocą jednego redundantnego złącza z maksymalnie 48 wyjściami elektromagnesu zaworu podłączonymi do każdego węzła CHARM.

Węzeł 580 CHARM komunikuje się z wyspami zaworowymi ASCO Numatics serii 500. Te wysokowydajne, „wtykowe” kierunkowe zawory regulacyjne cechują się największą przepustowością wśród urządzeń tej wielkości, co pozwala zachować kompaktowe rozmiary maszyny i redukuje koszty systemu, a szeroki wachlarz akcesoriów i opcji ułatwia instalację, konfigurację i modyfikację.

Źródło: ASCO