في السنوات الأخيرة، أصبح تطوير معدات الحقول الذكية موضوعًا يحب الجميع مناقشته. ركز الجزء الأكبر من النقاش على الميزات الجديدة للمرسل، ولكن كانت هناك أيضًا شكاوى حول مدى صعوبة حصول نظام التحكم على معلومات إضافية، ربما لأن شبكة طبقة الجهاز القديمة لم تستطع التعامل مع مثل هذا الطلب.
ظهور مثل هذه المشكلات مرتبط ارتباطًا وثيقًا بالحالة الحالية لشبكة المصانع الصناعية. معظم مصانع الإنتاج التي عملت لعدة سنوات استخدمت مجموعة واسعة من معدات الأتمتة منذ بنائها الأولي. ومثلما هو الحال مع "مبدأ البرميل" (كمية الماء التي يمكن أن يحتفظ بها الدلو تعتمد على أصغر لوح)، لا يمكن أن يكون الأداء العام للنظام أفضل من أقدم معداته. هذا شائع في شبكات الأجهزة الميدانية التي تستخدم الأحجام التناظرية المشتركة.
قامت شركات أنظمة التحكم منذ فترة طويلة بتقديم مجموعة واسعة من الوظائف التي هي أكثر تعقيدًا بكثير من مدخلات/مخرجات التناظرية البسيطة. على الرغم من أن العديد من الشركات لا تزال تستخدم هذا النظام القديم المتقادم للأجهزة، إلا أن مدخلات/مخرجات HART متوفرة منذ عدة سنوات. معظم الشركات التي تُجهز معداتها ومرافقها بـ HART تستخدم HART5 منذ التسعينيات. آخر المستجدات هي أن عدة مورّدين كبار للأنظمة قد قدموا مدخلات/مخرجات قابلة للتهيئة يمكن تعديلها عن طريق البرمجيات أو وحدات الأجهزة.
يوفر هذا الإدخال/الإخراج القابل للتهيئة للمستخدمين أحدث الميزات للتفاعل مع الأجهزة الذكية وتحقيق جميع الفوائد التي يمكن أن تقدمها. يتيح الإدخال/الإخراج القابل للتهيئة التفاعل الكامل مع أجهزة الإرسال HART6 و HART7 المتزايدة الشيوع وتمكين الاتصال ثنائي الاتجاه مع الجهاز مع جميع بيانات التشخيص وأنظمة التحكم الحديثة.
ترى العديد من الشركات الكبرى في صناعة العمليات، بما في ذلك مشغلي المصافي، هذا كتحسن تكنولوجي مهم يمكن أن يبسط العناصر المستقبلية بالكامل. توفر الأجهزة ذات قدرات HART المتقدمة مسارات اتصال متطورة بتكاليف تنفيذ أقل، واستكشاف أخطاء أبسط، ومرونة أكبر.
تحسن هائل
الأتمتة هي البنية التحتية التي تدعم عملية العملية. لذلك، يجب على من يصمم أنظمة الأتمتة تلبية احتياجات مهندسي الكيمياء ومصممي العمليات الآخرين. إذا تغير أحد العناصر، يجب على نظام الأتمتة التكيف مع التغيير، لأن هذا التغيير قد يعطل كل شيء ويجعل نظام الأتمتة هو الوصول الأكثر أهمية إلى العنصر. ليس كل أجهزة وأنظمة الأتمتة في السوق يمكن تعديلها بسهولة وفقا لتلك التغييرات الجديدة.
معظم أجهزة الأتمتة مصممة لتطبيقات محددة ولذلك فهي مخصصة للغاية. هذا يجعلها مكلفة، وتغييرها مكلف، ويتطلب الكثير من الهندسة والكثير من أعمال التوثيق والاختبار. القدرة على استخدام أجهزة جاهزة مع وسائل اتصال أقل وبروتوكولات أكثر معيارية سيكون مفيدًا للغاية.
العديد من المستخدمين متحمسون جدًا لأنظمة الإدخال/الإخراج القابلة للتكوين الجديدة التي تتوفر بالفعل في السوق. إنهم يدركون من خلال أنظمة مثل هذه أن الموردين يستمعون لهم حقًا ومستعدون لإحراز مزيد من التقدم في المرونة. هناك شيئان يذكرهما مستخدمو أجهزة قياس HART بشكل متكرر ويرغبون في التخلص منهما: خزانة التجميع وموحد HART. يمكن لأنظمة الإدخال/الإخراج القابلة للتكوين التخلص من كليهما.
ما المشكلة بالضبط؟
بصراحة، تعتبر هذه التقدمات رائعة. ولكن المشكلة المستمرة هي إعداد الجهاز. خلال السنوات القليلة الماضية، زاد عدد المعلمات التي تحتاج إلى الإعداد لجهاز ذكي نموذجي بشكل كبير. الأشخاص الذين يحتاجون إلى الإعداد عبر لوحة المفاتيح عليهم التعامل مع هذه المواقف بأسئلة وأجوبة لا تنتهي. تختلف الكمية المحددة للمعلمات من جهاز لآخر، ولكنها دائمًا تأخذ بعض الوقت للإعداد.
هناك مستخدمون يعملون مع الموردين لتطوير أجهزة مبرمجة مسبقًا. عند استلام المستخدم للجهاز، يكون جهاز الإرسال مجهزًا بالفعل بنطاق القياس، ووحدات الهندسة، والتنبيهات، وما إلى ذلك، لذا يمكن استخدامه مباشرة. توفر هذه الوظائف جميع المعلومات التي تحتاجها عند الحاجة لحجز معداتك، أي في وقت مبكر من العملية. وهذا يعني أيضًا أنه لا يمكن تغيير المواصفات بين الطلب والتركيب والتشغيل. تقلل هذه المؤهلات من فائدة هذا النهج.
بعض المستخدمين يسألون: "لماذا لا نسمح للنظام بإجراء الإعدادات لنا؟" نظام التحكم يمتلك كل المعلومات التي يحتاجها للحصول عليها من معدات الحقل المعروفة. إنه يعلم أن مقياس PT215 يقع ضمن نطاق قياس 0-30 رطل/بوصة مربعة، وأنه سيطلق إنذارًا عند 25 رطل/بوصة مربعة، إلخ. كل هذه المعلومات متاحة في النظام ويتم تحديثها في جميع الأوقات. لماذا يجب على الفنيين النظر إلى هذه المعلومات وإدخالها يدويًا في الجهاز؟
مؤخرا، قدم TimmMadden، مستشار كبير في الأجهزة والتحكم في ExxonMobil Development، تقريرا لقاعدة مستخدمي Yokogawa بعنوان "هكذا حدث الأمر." تحدث عن الطرق العديدة التي تتبعها الشركات في تحسين المنتجات لمنع الأتمتة من أن تصبح مسارا حاسما. الهدف هو جعل الأتمتة غير مرئية. المشاكل التي لا تعرف أين نشأت نادرا ما تحدث، وتحل الأنظمة الآلية منذ بداية المشكلة.
إكسون موبيل هي شركة معروفة في التعامل مع قضايا الأتمتة، كما أنها تطرح العديد من التحديات للموردين. بعض تقارير السيد مادين تتعلق بالتكنولوجيا، وأخرى تتعلق بالبرمجيات، كما أنه يقضي وقتًا طويلًا في الحديث عن إعدادات الأجهزة الذكية. وقد قدم نظامًا يسمى "DICED" الذي تستخدمه شركة إكسون موبيل.
كما أشار السيد مادين، أرادت شركة إكسون موبيل أيضًا توحيد الأجهزة وتنفيذ جميع متطلبات العناصر الفردية من خلال البرنامج. يجب أن تكون خزانات الميدان مع واجهة إدخال/إخراج قابلة للتكوين متوفرة في المخزون، جاهزة للشحن في أي وقت قصير، مختبرة بالكامل، ومعدة للتركيب. يتم الحصول على جميع المعلومات من نظام التحكم عبر الشبكة، لذلك لا يحتاج الفنيون عمليًا إلى القيام بأي شيء سوى توصيل كابلات المعدات. جميعها مختبرة مسبقًا، ويقل مقدار الوثائق المطلوبة بشكل كبير.
قال إن تركيب خزانة إدخال/إخراج ذكية كهذه في الموقع لن يتطلب سوى كابل بصري إلى مركز التحكم ومصدر طاقة احتياطي. بالنسبة للمعدات الميدانية، كانت خزانة الجمع القديمة تتطلب من 15 إلى 25 كتلة طرفية من كل جهاز إلى نظام التحكم، لكن الآن لم يبق سوى 5 كتلة: 2 على جانب المعدات و3 على جانب الخزانة. لم تستخدم إكسون موبيل شبكة حافلات ميدانية وفضلت معدات HART. حجة السيد مادين هي أن هذا النهج في خزائن الإدخال/الإخراج الذكية يجعل من المهم بعد الآن التمييز بين ما إذا كانت التكنولوجيا المستخدمة في الميدان هي HART أو fieldbus، وأن بنية النظام والوظائف المتاحة هي نفسها في الأساس.
الفجوة بين الواقع والخيال
التكنولوجيا اللازمة لدعم نظام "DICED" غير موجودة بعد. ولكن ما مدى قربنا منها؟ تعتقد شركة إكسون موبيل أن جهاز الإرسال HART6 و HART7 متاحان الآن وأن نظام الإدخال/الإخراج الجديد يجب أن يكون قادرًا على دعمه. عند إعداد هذا المقال، سأل المؤلفون أربعة من كبار مزودي أدوات الإنتاج ونظام الإدخال/الإخراج القابل للتهيئة، "ما مدى قربنا من تحقيق هذا؟" ونتيجة لذلك، لم يجب أحد.
من الممكن أن يكون هناك مزيد من التقدم في هذا المجال مما نعرفه، أو أن بعض البائعين يحاولون أساليب مختلفة، لكن الهدف مشابه. دعونا نترك الإجابة للزمن.
إعدادات الأجهزة الذكية
وفقًا لتيم مادين، مستشار أول للأجهزة والتحكم في تطوير إكسون موبيل، عند استخدام DICED (انظر أدناه لمعنى كل حرف)، وربط جهاز HART6 أو HART7 جديد بنظام التحكم عبر I/O القابلة للتهيئة، تكون العملية كما يلي:
الكشف (D) - عند توصيل جهاز HART جديد بـ I/O القابل للتكوين، يكتشف قناة I/O أن التيار يتدفق في اتجاه لم يكن يتدفق فيه من قبل. هذا يعني إضافة جهاز جديد.
قناة Ask (I)-I/O سترسل أوامر HART تطلب ملصق المعدات. الأجهزة التي تحتوي على وظيفة HART تعيد اسم الوسم الخاص بها. إذا لم تكن المعدات الجديدة تعمل بنظام HART مثل صمام الإغلاق، فمن الواضح أنها لن تستطيع الاستجابة للطلب. في هذه الحالة، يتم إنهاء عملية DISE، لكن يتم إصدار تقرير للمستخدم يبلغ المستخدم بتغيير في الأسلاك في الميدان، على الأرجح جهاز DI أو DO جديد مثبت.
التكوين (C) - بمجرد أن يكتشف النظام جهاز HART وظيفي جديد ويحدده، يمكن للنظام ضبط نطاقه ووحدة الهندسة والمعلومات الأخرى للتكوين. خطتنا هي شراء أجهزة ميدانية تم تكوينها مسبقًا بعلامات فقط، ثم تكوين الأجهزة الميدانية وفقًا للنظم التي عادة ما تحتوي على بيانات محدثة.
تمكين (E) - نفترض أن أجهزة الحقل قد تم تكوينها بالفعل بواسطة النظام وتعد جزءًا من سياسة تحكم محددة. لاحظ أن عملية تنفيذ البند لدينا تعتمد على افتراض أننا سنقوم بمعظم التصميم والتكوين والاختبار في بيئة افتراضية، ولكن قد لا نعرف من خلال أي قناة إدخال/إخراج تم إعداد كل جهاز ميداني.
في هذه الخطوة، يعرف النظام أي قناة إدخال/إخراج متصل بها الجهاز الجديد ويطور المنطق بين سياسة التحكم في الاتصال والجهاز الميداني. بمجرد الانتهاء من ذلك، يتم استخدام الجهاز الميداني والمنطق المرتبط به.
المستند (D) - بافتراض اكتمال جميع الخطوات أعلاه بنجاح، نتوقع أن يقوم النظام بالإبلاغ عن هذا النجاح من خلال سجل الأحداث. رؤيتنا المستقبلية هي أننا يمكن أن نبسط بشكل كبير عملية تكليف الموقع، التي تتطلب حاليًا ملفات ورقية وزيارات ميدانية واسعة.
نعتقد أيضًا أن النظام يمكنه أتمتة العمل الاختباري الذي يتطلب حاليًا وجود مهندس أو مشغل جالس أمام وحدة التحكم والتواصل مع الفريق الميداني عبر الراديو. على سبيل المثال، إذا كان الجهاز المكتشف صمام تحكم، يمكننا إرسال مخرج تناظري إلى الصمام وقراءة موقعه عبر HART. لذا يمكننا أن نفترض أن الصمام يعمل بشكل صحيح، ولا يعلق، وأن نمط فشله (فتح أو غلق خاطئ) صحيح، وأن موقعه صحيح ضمن نطاق حركته.
إحدى وجهات نظرنا هي أن جميع الدوائر الإلكترونية التي تحتاج إلى أداء DICED مشمولة في وحدات الإدخال/الإخراج القابلة للتهيئة. المشكلة الآن هي جعل البرنامج يعمل بحيث نستفيد أقصى استفادة من هذا الجهاز. لاحظ أن DICED لا يتطلب تغييرات في المعدات الميدانية نفسها.